Как было установлено, фильтрация может значительно понизить порог чувствительности измерительной системы (при условии, что она выполнена правильно). Во многих случаях можно достичь гораздо лучших результатов,
|
3.3 Обработка сигнала 209 |
Рис. 3.44. Эффект фильтрации зашумленного сигнала, (а) Исходный сигнал. Сигналы (b), (с) и (d) получены путем фильтрации сигнала (а) различными фильтрами нижних частот, каждый из которых имеет частоту среза 100 Кгц по уровню 3 дБ. Тип фильтра в каждом случае разный: (b) эллиптический фильтр (7 полюсов, 6 нулей); (с) фильтр Баттерворта (четвертого порядка); (d) фильтр Бесселя (четвертого порядка). Следует обратить внимание на (линейное) искажение импульса и задержку, которые вносятся различными фильтрами. (Масштаб: по вертикали - 100 мВ/дел, по горизонтали - 20 мкс/дел)
применяя синхронное или когерентное детектирование. Усилитель, в котором используется этот принцип детектирования, обнаружит и «захватит» фазу сигнала. Поэтому он называется «синхронным» усилителем.
Философия, лежащая в основе применения синхронного детектора в измерительной технике, состоит в следующем: предположим, что нашей целью является достижение максимально возможной чувствительности. Измерение выполняется так, что частотный спектр измеряемого сигнала сужен, насколько это возможно. С помощью полосового фильтра можно удалить те ненужные составляющие спектра, которые содержат только шум и помехи. Применяя такую методику «до бесконечности» мы получим в результате пропускания измеряемого сигнала через сверхузкополосный фильтр синусоидальный сигнал.
Измерительные приборы в электрических измерениях___________
Необходимая минимальная ширина полосы фильтра определяется желательным временем отклика прибора. После того, как измеряемый сигнал подключен или (резко) изменился, нам необходимо ждать, пока в системе не затухнут переходные процессы и не будет достигнуто установившееся состояние. Чем уже полоса частот фильтра, тем дольше это будет происходить. Кроме того, фильтр должен быть в состоянии пропустить модулированный сигнал (то есть сигнал, который несет измерительную информацию). Боковые полосы в частотном спектре, возникающие при модуляции сигнала, не должны подавляться фильтром, иначе информация теряется. Итак, имея в виду эти ограничения, с учетом которых необходимо применять фильтрацию, нам надо определить амплитуду (почти) синусоидального сигнала известной частоты. Если мы знаем фазу этого сигнала (имея в распоряжении опорный сигнал той же частоты), то все, что требуется определить — это составляющая измеряемого сигнала, находящаяся в фазе с опорным сигналом. Шумы и помехи, присутствующие в пределах полосы пропускания фильтра, не находятся в одной фазе с опорным сигналом и поэтому не обнаруживаются. Не обнаруживаются даже составляющие сигнала, имеющие фазу, отличную от фазы опорного сигнала. Можно доказать, что этот метод детектирования является оптимальным (при условиях, отмеченных выше).
Структура системы, в которой применяется синхронное детектирование, приведена на рис. 3.45. Рисунок показывает, что синхронному усилителю (в котором осуществляется синхронное детектирование) требуется опорный сигнал, который содержит необходимую информацию о частоте и фазе входного сигнала. Этот опорный сигнал, обычно синусоидальной или прямоугольной формы, генерируется вне усилителя и поступает от измеряемого объекта или подается на него. Если объект измерения сам не генерирует этот сигнал, то он реагирует на него, вырабатывая выходной сигнал, который служит мерой исследуемой величины. Этот процесс «возбуждения» можно также применять во входных преобразователях.
|
|
|
Рис 3 45 Применение синхронного детектирования в измерениях с целью достижения минимально возможного порога чувствительности |
Иллюстрацией рассмотренного метода является измерение, схема которого приведена на рис. 3.46. Чтобы измерить ослабление, вносимое узкополосным заграждающим фильтром, синусоидальный сигнал подается на вход этого фильтра и непосредственно на синхронный усилитель. Этот сигнал используется и как входной сигнал, и как опорный Из-за большого ослаб-
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
