Измерительная информация, сигналы и помехи

Без получения измерительной информации, т.е. количественных сведений о значениях разнообразных физических величин, невозможно управление подвижными объектами, технологическими процессами и т.д.

Измерительная информация – количественная оценка состояния объекта, полученная экспериментально, путем сравнения параметров объекта с овеществленной единицей измерения – мерой.

В количественном аспекте измерительная информация – это сообщения о значениях измеряемых физических величин. Эти сообщения выражаются и передаются от одних устройств к другим в виде сигналов.

Сигналы, являющиеся физическими носителями измерительной информации, называются измерительными. К измерительным сигналам относятся:

· полезные сигналы, получаемые от исследуемых, контролируемых или управляемых объектов;

· вредные сигналы или помехи, поступающие в измерительную систему вместе с полезными сигналами или независимо от них;

· специально генерируемые в измерительной системе или вне ее сигналы, улучшающие работу системы (модуляция, дискретизация и др.).

На рис. 2 приведена одна из возможных классификаций измерительных сигналов.

Рис. 2. Классификация измерительных сигналов

Измерительные сигналы, получаемые от источника информации, образуются путем изменения параметров (модуляции) носителя информации. Как правило, носителями измерительной информации являются электрические сигналы. Носителями информации для электрических сигналов могут служить постоянный ток, переменный (синусоидальный) ток или напряжение, импульсный ток.

Постоянный ток (напряжение) имеет только один параметр – ток (или напряжение). Обычно значение измеряемой величины х изменяется во времени и представляет собой некоторую функцию времени х(t). Как правило, значение напряжения при изменении контролируемых параметров (при модуляции) изменяется по линейному закону в функции х(t), т.е. модулированный электрический сигнал выражается соотношением:

где U₀ – значение несущего напряжения до модуляции; k – коэффициент.

Переменное синусоидальное напряжение

характеризуется тремя параметрами: амплитудой U_m0, частотой ω₀ и фазой φ₀, которые могут быть носителями измерительной информации об измеряемой величине х(t). При этом носителем информации при изменении измеряемой величины (модуляции носителя информации) может быть любой из трех параметров, а также два или три параметра одновременно. При этом принято выделять модуляцию амплитудную, частотную и фазовую.

При амплитудной модуляции измерительный сигнал имеет вид:

При этом коэффициент k выбирается таким образом, чтобы при всех возможных отрицательных значениях х соблюдалось условие U_m0 ≥0.

При частотной модуляции частота становится функцией времени:

При фазовой модуляции изменяется начальная фаза колебаний по закону

при этом модулированный сигнал описывается выражением

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов изменяется по линейному закону в функции измеряемой величины х. При этом берутся значения х в моменты, совпадающие с началом каждого очередного импульса. Следовательно, имеет место дискретизация функции х(t) по времени и модулированный сигнал имеет вид

где х_i = x(iT₀), i = 0,1,2,…

При частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) изменяется частота импульсов в функции х(t), но в отличие от частотной модуляции синусоидального несущего колебания частота здесь не является непрерывной величиной.

Если х за период Т существенно не изменяется и можно считать, что х = const, то частота f следования импульсов будет равна

При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов t_и изменяется по линейному закону в функции значений дискретных ординат х_i и измеряемого сигнала х(t):

при этом период Т₀ и амплитуда U_m0 сохраняются постоянными.