ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ построения и работы ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВТЕЛЕЙ.

Конечной целью процесса измерения, как известно, является сравнение данного значения измеряемой величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Однако строго говорить о непосредственном сравнении можно лишь при измерении линейных размеров массы, времени и некоторых других величин. Многие физические величины не могут быть непосредственно сравнены с единицей измерения, а для целого ряда величин (например, секундных расходов, мощности или энергии) единица измерения вообще не может быть вещественно воспроизведена и использована в условиях проведения исследований. Поэтому процесс измерения в основе своей связан с преобразованием измеряемой физической величины в другую величину, сравнимую с единицей измерения.

Необходимость дистанционной регистрации результатов измерений накладывает на функциональное преобразование дополнительные требования удобства передачи сигналов по измерительной цепи (малые потери энергии, помехоустойчивость, малая инерционность и т. п.). Применение вычислительной техники для обработки результатов измерения, со своей стороны, требует представления сигналов об измеряемой величине в определенной форме, зависящей от методов обработки.

Любой измерительный преобразователь представляет собой систему, в которой осуществляется преобразование энергии. Измерительные сигналы формируются при этом двумя путями: переводом энергии из одного вида в другой (механической энергии в электрическую, тепловой — в механическую, электрической — в магнитную и т. п.) или переводом энергии одного вида из одной формы в другую (кинетической энергии в потенциальную и наоборот).

С точки зрения технических применений различают пять видов энергии: механическую, электрическую, магнитную, тепловую, химическую. Каждый из этих видов может переходить в другой. Такие переходы основаны на различных физических явлениях и эффектах; Измерительным сигналом в обратимых функциональных преобразователях служат параметры потока энергии на выходной стороне преобразователя. Цепи, составленные исключительно из обратимых преобразователей, не допускают усиления мощности из-за того, что здесь имеется единственный энергетический контур. Поток энергии, расходуемый на создание сигнала, целиком снимается с объекта исследований; дополнительные источники энергии отсутствуют. Такие измерительные преобразователи (или цепи, составленные из них) часто называют активными, или генераторными.

Во многих случаях более целесообразно для создания измерительного сигнала использовать энергию, подводимую извне. В преобразователях такого типа (сигнальные преобразователи) обязательно наличие двух энергетических контуров. В одном из них, сигнальном, имеется поток энергии высокого уровня, получаемый от постороннего источника. В этом контуре осуществляется перевод энергии из одной формы в другую, без изменения ее вида. Соотношение между кинетической и потенциальной энергиями в сигнальном контуре определяется значениями внутренних связей в системе, образующей этот контур. Связями в несвободных системах, к которым относятся все машины, механизмы или приборы, называют ограничения, наложенные на движение систем. Эти ограничения могут быть геометрическими (определяющими движение механических элементов), кинематическими (определяющими возможные усилия в системе) и чисто физическими (определяющими интенсивность перехода кинетической энергии в потенциальную и наоборот).

Второй энергетический контур преобразователя служит для подвода энергии от объекта исследований к гибкой связи сигнального контура, которая претерпевает изменения в зависимости от потока энергии во втором (модулирующем) контуре. В таких преобразователях теоретически может быть достигнуто любое усиление мощности от входа модулирующего контура к выходу сигнального контура благодаря тому, что мощность, затрачиваемая на изменение связи, не зависит от мощности, развиваемой в сигнальном контуре. Простейшим примером двухконтурного преобразователя может служить устройство, состоящее из электрической цепи с источником, нагрузкой и переменным резистором в сигнальном контуре; модулирующий контур может быть здесь выполнен в виде механического устройства, перемещающего ползунок резистора. Такие преобразователи получили название модулирующих или пассивных.

Непрерывные во времени сигналы первичных измерительных преобразователей для удобства передачи их на расстояние и регистрации можно дискретизировать. Эта операция выполняется путем взятия отсчетов в определенные дискретные моменты t_k. Обычно моменты отсчетов располагаются по оси времени равномерно (t_k=Δt), хотя возможна и неравномерная (адаптивная) дискретизация, при которой значительно сокращается число избыточных отсчетов.

Интервал Δt можно выбирать различным путем в зависимости от допускаемой ошибки воспроизводимой функции.

Помимо дискретизации по времени применяется дискретизация измерительных сигналов по уровню. Такая дискретизация носит название квантования.

Дискретные квантованные измерительные сигналы могут быть закодированы. Кодом называется совокупность условных символов, различные сочетания которых однозначно соответствуют определенным значениям сигналов.

Код строится из элементов; число различимых элементов называется основанием кода.

При передаче измерительных сигналов на расстояние по проводным или радиоканалам связи из-за неизбежного рассеивания энергии возникает необходимость во вторичной модуляции. В качестве носителей измерительной информации при этом используются гармонические колебания или последовательность импульсов. Если в качестве электрического носителя выбрано синусоидальное колебание , то параметрами его являются амплитуда λ, частота ω и начальная фаза φ. Каждый из этих параметров можно модулировать, и при этом получаются соответственно амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (ЧМ) и фазовая модуляция (ФМ) синусоидального носителя. Если носителем является периодическая последовательность импульсов определенной формы, например прямоугольной, то параметрами являются высота (амплитуда), длительность, частота следования и фаза, что дает четыре вида модуляции импульсного периодического носителя.

Модуляция импульсного носителя возможна по амплитуде (АИМ) частоте (ЧИМ), фазе (ФИМ), длительности или ширине импульсов (ДИМ, ШИМ). Особым видом модуляции является кодово-импульсная (КИМ).

В зависимости от форм представления или использования измерительных сигналов в измерительной цепи могут осуществляться все или некоторые из процессов физического и функционального преобразования, дискретизации, квантования кодирования и модуляции.

Для осуществления указанных преобразований используются почти все известные физические явления и законы.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: