Введение в метрологию. Измерения и их классификация. Погрешности измерений. Информационно-измерительные системы, страница 15

На рис. 1.3. представлена часто используемая схема цифровой многоточечной измерительной системы с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера (ПК).  Современные АЦП включают в себя коммутатор каналов, а также интерфейс связи с ПК, микроконтроллер, по которому можно осуществлять управление программой измерений, и микропроцессор, который формирует протокол данных и формат данных, используемых для обмена с РС. Он же может использоваться для предобработки данных, например, для обнаружения и удаления промахов, а также для первичной фильтрации данных (например, медианной или по методу наименьших квадратов). Кроме того, в АЦП включаются датчик температуры (для учета температурной погрешности АЦП), а также система самокалибровки для уменьшения погрешности АЦП. Эта система включает в себя стандартный калибровочный электрический сигнал, а также систему обратной связи для коррекции электрических параметров усилителей и схем сравнения (коэффициент усиления и выставляемые пороги для сравнения сигналов). Система самокалибровки включает в себя ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь, вырабатывающий сигнал рассогласования и преобразования а аналоговый сигнал, а также цепи обратной связи  для управления режимом работы усилителей и компаратора).   Современные АЦП – это сложные дорогие устройства, которые могут стоить очень дорого (до 10000 $). Точность, достигаемая АЦП, может быть до 2^-16 – 2^-24 (то есть, реально от 4 до 6 десятичных разрядов). Быстродействие АЦП может достигать микросекунд, и менее (до наносекунд), то есть, частота опроса может составлять от десятков килогерц до десятков мегагерц (для ТВ, быстрого интернета  и радиолокации).

Основной недостаток такой ИИС – это использование одного АЦП для нескольких каналов измерений, что приводит к уменьшению быстродействия каждого измерительного канала.

Типы сигналов [1,10,15]

Выделяют следующие типы сигналов, которым соответствуют определенные формы их математического описания.

Аналоговый сигнал (analog signal) является непрерывной функцией непрерывного аргумента, т.е. определен для любого значения аргументов. Источниками аналоговых сигналов, как правило, являются физические процессы и явления, непрерывные в динамике своего развития во времени, в пространстве или по любой другой независимой переменной, при этом регистрируемый сигнал подобен (“аналогичен”) порождающему его процессу. Пример математической записи сигнала: y(t) = 4.8 exp[-(t-4)²/2.8]. Пример графического отображения данного сигнала приведен на рис., при этом как сама функция, так и ее аргументы, могут принимать любые значения в пределах некоторых интервалов y₁ £ y £ y₂, t₁ £ t £ t₂. Если интервалы значений сигнала или его независимых переменных не ограничиваются, то по умолчанию они принимаются равными от -¥ до +¥.  Множество возможных значений сигнала образует континуум - непрерывное пространство. Примеры сигналов, аналоговых по своей природе - изменение напряженности электрического, магнитного, электромагнитного поля во времени и в пространстве.

Дискретный сигнал (discrete signal) по своим значениям также является непрерывной функцией, но определенной только по дискретным значениям аргумента. По множеству своих значений он является конечным (счетным) и описывается дискретной последовательностью отсчетов (samples) y(nDt), где y₁ £ y £ y₂, Dt - интервал между отсчетами (интервал или шаг дискретизации, sample time), n = 0, 1, 2,...,N. Величина, обратная шагу дискретизации: f = 1/Dt, называется частотой дискретизации (sampling frequency). Если дискретный сигнал получен дискретизацией (sampling) аналогового сигнала, то он представляет собой последовательность отсчетов, значения которых в точности равны значениям исходного сигнала по координатам nDt.