Сигналы измерительной информации реферат

Обновлено: 28.06.2024

Кафедра физической химии и химической технологии

Исполнитель: БарминаЕ.В., студент 3 курса группы ТСМб-14-2
Руководитель: Шубина М.В., доцент, к.т.н.

Магнитогорск, 2017
Содержание
Содержание 2
Введение 3
1 Классификация, виды и типы измерительных сигналов 4
1.1 Классификация измерительных сигналов 4
1.2 Виды измерительных сигналов 8
1.3 Типы измерительных сигналов 9
2 Классификация помех 12
3 Математическое описание измерительных сигналов 14
Заключение 16
Список использованных источников 17Введение
Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным.
Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.
Измерительные сигналы классифицируются, а так жеделятся по видам и типам сигналов.

1 Классификация, виды и типы измерительных сигналов
1.1 Классификация измерительных сигналов
Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классификация по различным признакам приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Классификация измерительных сигналов
По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся нааналоговые, дискретные и цифровые.
Аналоговый сигнал — это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Ya(t), причем как сама эта функция, так и ее аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах Y Î (Ymin; Ymax) и t Î (tmin; tmax) (рис.2,а).

Рисунок 2 - Аналоговый (а), дискретный (по времени) (б) и цифровой (в) измерительные сигналы
Дискретный сигнал — это сигнал,изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nТ, где Т = const — интервал (период) дискретизации, n = 0; 1; 2;. — целое, любые значения Yд(nT) Î (Yniin; Ymax), называемые выборками, или отсчетами. Такие сигналы (рис.2,б) описываются решетчатыми функциями. Во втором случае значения сигнала Ya(t) существуют в любой момент времени t Î (tmin;tmax), однако они могут принимать ограниченный ряд значений hi = nq, кратных кванту q.
Цифровые сигналы — квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы Yu(nT), которые описываются квантованными решетчатыми функциями (квантованными последовательностями), принимающими в дискретные моменты времени nТ лишь конечный ряд дискретных значений — уровней квантования h1, h2, . hn (рис.2,в).По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значения которых с течением времени не изменяются, и переменные, значения которых меняются во времени. Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными.
По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерми-нированные и случайные.
Детерминированный сигнал — это сигнал,закон изменения которого известен, а модель не содержит неизвестных параметров. Мгновенные значения детерминированного сигнала известны в любой момент времени. Детерминированными (с известной степенью точности) являются сигналы на выходе мер. Например, выходной сигнал генератора низкочастотного синусоидального сигнала характеризуется значениями амплитуды и частоты.

Актуальность. Современная радиоизмерительная техника в настоящее время находится в стадии бурного развития. Каждый год появляются новые модернизированные измерительные приборы и комплексы, модульные системы, виртуальные приборы и пр. Ведущие приборостроительные предприятия и фирмы постоянно улучшают метрологические и эксплуатационные параметры своей продукции. Широкое использование микропроцессорных и вычислительных приборов существенно расширило область их использования, позволило совместить измерения с процедурой обработки их результатов, автоматизировать их проведение. Однако учебной литературы, в которой рассматриваются вопросы применения современной радиоизмерительной техники, в настоящее время явно не хватает.

Измерения в инженерной практике занимают чрезвычайно важное место. Это справедливо и для области радиотехники, электроники и телекоммуникационной техники, где измерение параметров сигналов и устройств, тестирование систем связи, контроль и аттестация готовых изделий занимает значительную часть деятельности специалиста.

Измерительным сигналом называется физический процесс, содержащий информацию об объекте измерения. В радиоизмерениях сигналы являются, в основном, электрическими и представляют собой преимущественно зависимость напряжения (реже – тока) от времени. Измерительная информация может быть заключена в форме сигнала, а также в одном из его параметров (уровень, частота, фаза и пр.). Физические величины неэлектрической природы обычно переводятся в электрические сигналы с помощью специальных преобразователей-датчиков и затем измеряются. Процесс измерения фактически представляет собой последовательность преобразований измерительных сигналов от входного сигнала до выходного результата измерения.

Целью данной работы является рассмотрение определения, видов носителей и модуляции сигналов измерительной информации.

ознакомиться с определением сигнала измерительной информации;
рассмотреть виды носителей сигналов измерительной информации;
изучить модуляцию сигналов измерительной информации.

Фрагмент работы для ознакомления

1.1 Определение и классификация сигналов измерительной информации

Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Основные понятия, термины и определения в области измерительных сигналов устанавливает ГОСТ 16465-70 "Сигналы радиотехнические. Термины и определения". Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классификация по различным признакам приведена на рис. 1

1.2 Виды носителей сигналов измерительной информации

Тип сигнала-носителя определяет вид модуляции.

1) Носитель – сигнал постоянного уровня y(t;E_0) (рис. 3). Единственным параметром сигнала является его уровень E_0, поэтому возможен единственный вид модуляции – модуляция уровня сигнала или прямая модуляция. Модулированный сигнал в линейном приближении описывается выражением

2.1 Модуляция

Информационные преобразования в аналоговых блоках измерительных систем осуществляются над сигналами, имеющими различные информативные параметры, или, другими словами, над сигналами с различными видами модуляции. Под модуляцией (рис. 5) понимается процесс изменения во времени одного или нескольких параметров сигнала носителя в соответствии с алгоритмами передачи информации от одних преобразователей к другим

2.2 Пример вывода сигнала измерительной информации

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

DAQ970A/DAQ973A — это новая система сбора данных компании Keysight, представляющая собой базовый блок с тремя слотами, в котором используется измерительный блок от уже хорошо зарекомендовавшего себя цифрового мультиметра компании.

Таблица 1 - Технические характеристики мультиметра DAQ970A

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассмотрены определение и виды носителей сигналов измерительной информации, а также изучена модуляция сигналов измерительной информации.

В ходе проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1) Итак, измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Основные понятия, термины и определения в области измерительных сигналов устанавливает ГОСТ 16465-70 "Сигналы радиотехнические. Термины и определения". Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны.

Список литературы [ всего 7]

Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.

* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Министерство Образования и Науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Кафедра физики Реферат:

профессор каф. Физики Бахматов Ю.Ф.

ст. гр. ТС-03-2 Антипова Е.Ю. Магнитогорск Чем измерительный сигнал отличается от сигнала? Приведите примеры измерительных сигналов, используемых в различных разделах науки и техники Измерительный сигнал - это материальный носитель информации, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине и представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным. А сигнал несет количественную информацию только об информативном параметре, а не об измеряемой физической величине.

Примерами измерительных сигналов могут быть

выходные сигналы различных генераторов (магнитогидродинамического, лазеров, мазеров и др.), трансформаторов (дифференциального, тока, напряжения)

различные электромагнитные волны (радиоволны, оптическое излучение и др.) Перечислите признаки, по которым классифицируются измерительные сигналы По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся на аналоговые, дискретные и цифровые. По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные и переменные. По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерминированные и случайные.

Чем аналоговый, дискретный и цифровой сигналы отличаются друг от друга? Аналоговый сигнал - это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Ya(t), причем как сама эта функция, так и ее аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах (Ymin; Ymax) и (t min; t max).

Дискретный сигнал - это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nТ, где Т = const - интервал (период) дискретизации, n = 0; 1; 2; . - целое, любые значения в интервале (Ymin; Ymax)называемые выборками, или отсчетами. Такие сигналы описываются решетчатыми функциями. Во втором случае значения сигнала Yд(t) существуют в любой момент времени t в интервале (t min; t max) однако они могут принимать ограниченный ряд значений hj = nq, кратных кванту q.

Цифровые сигналы - квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы Yц (nТ), которые описываются квантованными решетчатыми функциями (квантованными последовательностями), принимающими в дискретные моменты времени nТ лишь конечный ряд дискретных значений - уровней квантования h1 h2, . , hn. Расскажите о характеристиках и параметрах случайных сигналов Случайный сигнал - это изменяющаяся во времени физическая величина, мгновенное значение которой является случайной величиной.

Семейство реализаций случайного процесса является основным экспериментальным материалом, на основе которого можно получить его характеристики и параметры.

Каждая реализация является неслучайной функцией времени. Семейство реализаций при каком-либо фиксированном значении времени to представляет собой случайную величину, называемую сечением случайной

Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным.
Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Содержимое работы - 1 файл

Доклад автоматизация.docx

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

студент гр. ТС-08 Ахмадуллина Э. Р.

преподаватель кафедры Бахматов Ю. Ф

Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Классификация измерительных сигналов

Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классификация по различным признакам приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Классификация измерительных сигналов

По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый сигнал — это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Y_a(t), причем как сама эта функция, так и ее аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах Y Î (Y_min; Y_max) и t Î (t_min; t_max) (рис.2,а).

Рисунок 2 - Аналоговый (а), дискретный (по времени) (б)

и цифровой (в) измерительные сигналы

Дискретный сигнал — это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nТ, где Т = const — интервал (период) дискретизации, n = 0; 1; 2;. — целое, любые значения Y_д(nT) Î (Y_niin; Y_max), называемые выборками, или отсчетами. Такие сигналы (рис.2,б) описываются решетчатыми функциями. Во втором случае значения сигнала Y_a(t) существуют в любой момент времени t Î (t_min; t_max), однако они могут принимать ограниченный ряд значений h_i = nq, кратных кванту q.

Цифровые сигналы — квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы Y_u(nT), которые описываются квантованными решетчатыми функциями (квантованными последовательностями), принимающими в дискретные моменты времени nТ лишь конечный ряд дискретных значений — уровней квантования h₁, h₂, . h_n (рис.2,в).

По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значения которых с течением времени не изменяются, и переменные, значения которых меняются во времени.

Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными.

По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерминированные и случайные.

Детерминированный сигнал — это сигнал, закон изменения которого известен, а модель не содержит неизвестных параметров.

Квазидетерминированные сигналы — это сигналы с частично известным характером изменения во времени, т.е. с одним или несколькими неизвестными параметрами.

Детерминированные и квазидетерминированные сигналы делятся на элементарные, описываемые простейшими математическими формулами, и сложные.

Сигналы могут быть периодическими и непериодическими.

Случайный сигнал — это изменяющаяся во времени физическая величина, мгновенное значение которой является случайной величиной.

Характеристики случайных процессов, в отличие от характеристик случайных величин, которые подробно рассмотрены в гл. 6, являются не числами, а функциями. К важнейшим из них относятся математическое ожидание и дисперсия.

Математическим ожиданием случайной функции X(t) называется неслучайная функция

которая при каждом значении аргумента t равна математическому ожиданию соответствующего сечения. Здесь p(x,t) — одномерная плотность распределения случайной величины х в соответствующем сечении случайного процесса X(t).Таким образом, математическое ожидание в данном случае является средней функцией, вокруг которой группируются конкретные реализации.

Дисперсией случайной функции X(t) называется неслучайная функция

значение которой для каждого момента времени равно дисперсии соответствующего сечения, т.е. дисперсия характеризует разброс реализаций относительно m_x(t).

Математическое ожидание случайного процесса и его дисперсия являются весьма важными, но не исчерпывающими характеристиками, так как определяются только одномерным законом распределения. Они не могут характеризовать взаимосвязь между различными сечениями случайного процесса при различных значениях времени t и t'. Для этого используется корреляционная функция — неслучайная функция R(t, t') двух аргументов t и t', которая при каждой паре значений аргументов равна ковариации соответствующих сечений случайного процесса:

Корреляционная функция, называемая иногда автокорреляционной, описывает статистическую связь между мгновенными значениями случайной функции, разделенными заданным значением времени т = t'-t. При равенстве аргументов корреляционная функция равна дисперсии случайного процесса. Она всегда неотрицательна.

На пpaктике часто используется нормированная корреляционная функция

Измерительные сигналы редко присутствуют в средствах измерений в чистом виде. Практически всегда на них накладываются помехи. Под помехой понимается сигнал, однородный с измерительным и действующий одновременно с ним. Его присутствие приводит к появлению погрешности измерения. Классификация помех возможна по ряду признаков.

По месту возникновения помехи делятся на внешние и внутренние. Причиной возникновения внешних помех являются природные процессы и работа различных технических устройств. Последние создают так называемые индустриальные помехи.

Внутренние помехи обусловлены процессами, происходящими при работе самого средства измерений.

В зависимости от вида включения источников помехи и измерительного сигнала в эквивалентных схемах средств измерений различают помехи общего вида (синфазные) и помехи нормального (последовательные) вида. Источник помехи общего вида включен между общими точками (корпусами) схем объекта измерений и СИ. Источник помехи нормального вида включен последовательно во входную цепь СИ.

По виду частотного спектра помехи делятся на белый и розовый шумы. Спектральные составляющие белого шума равномерно распределены по всему частотному диапазону. У розового шума спектральная мощность, приходящаяся на декаду частоты, постоянна.

По основным свойствам помехи можно разделить на три вида: флуктуационные, сосредоточенные и импульсные.

Флуктуационные помехи представляют собой хаотическое, беспорядочное изменение во времени сигнала, однородного с измеряемым, в каком-либо месте средства измерений. Такие помехи часто называют шумом. Пример — внутренние шумы измерительных электронных усилителей. Различают следующие виды шумов:

• тепловой (шум Джонсона), по своим свойствам близкий к белому шуму. Тепловой шум генерируется любым резистором, находящимся в измерительной цепи. Значение его состоит в том, что он устанавливает нижнюю границу напряжения шумов любого измерительного преобразователя, имеющего выходное сопротивление;

• дробовый, обусловленный движением электронов — дискретных носителей электрического тока. Он имеет равномерный спектр, т.е. является белым;

• фликкер-шум. К данному виду относят шумы, у которых спектральная мощность на декаду частоты примерно постоянна, т.е. розовые шумы, например шум постоянного резистора, пропорциональный протекающему через него току, шум тока базы транзистора и др.

Сосредоточенными называют помехи, основная часть мощности которых сосредоточена на отдельных участках диапазона частот, меньших полосы пропускания СИ. Помехи, наводимые в измерительных цепях СИ от промышленной силовой сети частотой 50 Гц, являются сосредоточенными. Эффективность их подавления в значительной мере определяется достоверностью априорных данных о частотном спектре.

Импульсными помехами называется регулярная или хаотическая последовательность импульсных сигналов, однородных с измерительным сигналом. Источниками таких помех являются цифровые и коммутирующие элементы СИ или работающего рядом с ними устройства. Характерный пример импульсных помех — помехи от устройств зажигания двигателей внутреннего сгорания. Импульсные и сосредоточенные помехи часто называют наводками.

Математическое описание измерительных сигналов

В метрологии измерительные сигналы описываются математическими моделями вида Y = f(X, А, В, С. ), где Y — основной информативный параметр сигнала; X — независимый аргумент сигнала;

А,В,С — параметры сигнала. В зависимости от рода независимого аргумента сигналы описываются временными (X = t) и частотными (X = о)) математическими моделями. Вид модели выбирается в зависимости от конкретных условий решаемой задачи.

Во временной области применяют известные математические функции f(t, А, В, С. ), наиболее точно описывающие изменение сигнала, в которых один из параметров А, В, С и т.д. зависит от измеряемой величины. Временная форма представления сигнала позволяет легко определить такие важные характеристики, как энергия, мощность и длительность сигнала.

Наряду с временным описанием сигналов широко используется их спектральное (частотное) представление. В процессе передачи и обработки сигналов оно играет особую роль, поскольку определяет параметры используемой аппаратуры. Частотное представление основывается на преобразовании Фурье сигнала Y(t):

где А₀ — постоянная составляющая; А_n, j_п— амплитуда и фаза n-й гармоники. Множество значений А_n(w) и j_n(w) образуют соответственно амплитудный и фазовый спектры, которые характеризуют свойства сигнала Y(t) в частотной области.

Спектральное представление сигнала позволяет оценить его частотный диапазон, т.е. граничные частоты, между которыми заключены все или основные, имеющие наибольшие амплитуды гармонические составляющие сигнала. Частотный диапазон является важной характеристикой сигнала, определяющей необходимую полосу пропускания средства измерения для передачи сигналов с требуемой точностью.

Математические модели элементарных измерительных сигналов

К элементарным измерительным сигналам относятся постоянный во времени сигнал и сигналы, описываемые единичной и синусоидальной функциями, а также дельта-функцией.

Постоянный сигнал — самый простой из элементарных сигналов, описываемый математической моделью вида Y = А, где А — единственный параметр сигнала. Графики временной и частотной моделей постоянного сигнала приведены на рис.3.

Рисунок 3 - Графики временной (а) и частотной (б) моделей

Единичная функция, называемая иногда функцией Хевисайда, описывается уравнением

Она имеет один параметр — момент времени t₀. Ее временная и частотная модели представлены на рис.4 а.

Дельта-функция описывается уравнением

Она также имеет один параметр — момент времени t₀. Графики временной и частотной моделей дельта-функции d(t) показаны на рис.4, б. Из них видно, что дельта-функция имеет спектр бесконечной ширины.

Рисунок 4 - График моделей единичной (а) и дельта-функции(б)

Единичная и дельта-функции связаны между собой следующими выражениями:

Гармонический сигнал описывается уравнением

Параметрами такого сигнала являются: амплитуда Y_m, период Т (или частота f=l/T, или круговая частота w) и начальная фаза j. График временной модели общеизвестен, а график частотной модели такого сигнала показан на рис. 5.

Рисунок 5 - Спектр гармонического сигнала

Модулированным называется сигнал, являющийся результатом взаимодействия двух или более сигналов, т.е. модуляции. Модуляция — это воздействие измерительного сигнала X(t) на какой-либо параметр стационарного сигнала Y(t), обладающего такими физической природой и характером изменения во времени, при которых удобны его дальнейшие преобразования и передача. В качестве стационарного сигнала, именуемого несущим, обычно выбирают синусоидальное (гармоническое) колебание

Вид модуляции и способ детектирования зависят от требований, предъявляемых к точности передачи информации. Наиболее простым модулированным гармоническим сигналом является амплитудно-модулированный сигнал, в котором измерительная информация содержится в амплитуде несущего синусоидального сигнала (рис. 6).

Читайте также: