Виды электрических сигналов

Информация о измеряемой физической величие может поступать на изме­рительный прибор в виде постоянного, переменного или модулированного элек­трического сигнала, в зависимости от того, с каким объектом мы имеем дело и какие методы и средства измерений используем.

Постоянный сигнал, точнее - медленно меняющийся, есть сигнал, от­личный от нуля в любой момент времени и время изменения которого много больше времени измерений (рис.2.9) – времени, необходимого для извлечения полезной информации из измерительного сигнала, установления показаний из­мерительного прибора и выполнения определенных управляющих действий.

Иными словами сигнал можно считать постоянным, если:

· постоянная времени контролируемого процесса много больше вре­мени измерений, T₀, >>t_ип;

· изменение сигнала за время измерений много меньше погрешности из­мерений

Постоянный сигнал характеризуется единственным параметром – величи­ной (амплитудой) сигнала.

Постоянные сигналы характеризуют стационарные технические объекты и медленно изменяющиеся условия в окружающей среде. Обычно полагают, что процессы с характерным временем более 1-10 с можно считать стационарными, а соответствующие сигналы постоянными.

Переменный сигнал – сигнал, закономерным или случайным образом изменяющийся во времени. Переменные сигналы описываются амплитудными и временными характеристиками. Амплитуда переменного сигнала А является функцией времени А =f(t) и характеризует величину сигнала в каждый момент времени. Поведение переменного сигнала во времени описывается такими поня­тиями как частота, период, фаза и др.

Переменные сигналы разделяются на непрерывные, в т.ч. периодические и шумовые (стохастические) сигналы, и однократные (импульсные).

Однократный сигнал – переменный сигнал, который отличен от нуля только в течение конечного промежутка времени Dt=t₂- t₁, A¹ 0 при t₂>t>t₁ и А=0 при t₁> t>t₂. Однократный сигнал может иметь любую произвольную форму, но на практике все виды однократных сигналов обычно аппроксимируются всего несколькими видами –прямоугольным, треугольным, трапециидальным и d-функцией (рис. 2.10).

Непрерывный переменный сигнал есть сигнал, среднее значение которого на любом отрезке времени Dt >0 не равно нулю. Непрерывный сигнал может иметь периодический (регулярный) или нерегулярный характер (рис. 2.11).

Наиболее важным случаем регулярного непрерывного сигнала является периодический синусоидальный сигнал, амплитуда которого изменяется по за­кону А=Sinwt. Синусоидальные сигналы характеризуются амплитудой А, двой­ной амплитудой (размахом) 2А, циклической f и круговой частотой w, перио­дом Т

2.11

Для синусоидального сигналов часто используется понятие среднеквадра­тичного (эффективного) значения сигнала, которое характеризует среднюю за период энергию сигнала

2.12

Синусоидальный сигнал есть частный случай периодических сигналов, другим важным типом которых являются импульсно-периодические сигналы.

Импульсно-периодические сигналы (рис. 2.12) характеризуются:

· типом сигнала (прямоугольный, пилообразный, пичковый и т.п.),

· амплитудой A,

· частотой следования импульсов f,

· периодом повторения импульсов Т=1/f,

· длительностью импульса t_и

· скважностью Q, которая равна отношению периода импульса к его дли­тельности Q= T/t_и.

Прямоугольный импульсно-периодический сигнал со скваж­ностью равной Q =2 часто называют «меандром».

Все переменные сигналы классифицируются по диапазону частот сигнала. Различают следующие основные диапазоны частот:

· Инфранизкие частоты (ИНЧ) 0,1-10 Гц

· Низкие частоты (НЧ) 10-5000 Гц

· Средние частоты (СЧ) 5-1000 кГц

· Высокие частоты (ВЧ) 1-500 МГц

· Сверхвысокие частоты(СВЧ) 0,5 – 40 ГГц

Случайные (стохастические) сигналы (рис. 2.13) могут возникать как при преобразовании информации о состоянии объекта, которая осуществляется датчиком измерительного прибора, так и в электронных устройствах самого прибора. Случайные сигналы могут являться как источником помех и шумов, затрудняющих проведение измерений, так и собственно носителями информа­ции о состоянии объекта. Амплитудные и временные характеристики случай­ных сигналов описываются подчиняются законам теории вероятности и рассчи­тываются методами математической статистики..

Модулированный сигнал - есть суперпозиция непрерывного сигнала и на­ложенного на него переменного импульсного или синусоидального сигнала. В зависимости от способа и типа переменного сигнала различают несколько ви­дов модуляции (рис. 2.14). Модуляция сигнала может являться свойством са­мого объекта, но чаще модуляцию используют в целях реализации различных методов измерений, выделения сигналов на фоне шумов и помех, в целях коди­рования передаваемой информации.

В измерительной технике наиболее часто используются::

Амплитудная модуляция - амплитуда переменного сигнала А_п изменяется в со­ответствии с изменением величины не­прерывного сигнала А₀, А_п= F(А₀)

Частотная модуляция – в соответствии с изменением амплитуды непрерывного сигнала изменяется частота периодиче­ского сигнала f = F(A₀).

Широтно-импульсная модуляция - в со­ответствии с изменением величины не­прерывного сигнала изменяется скваж­ность импульсно-периодического им­пульсного сигнала Q=F(A₀).

Модуляция сигнала может являться свойством самого объекта, но чаще модуляцию используют в целях реализации различных методов измерений, выделения сигналов на фоне шумов и помех, в целях кодирования передаваемой информации.

Дата добавления: 2015-03-31