Тема № 1. Общие вопросы цифровой измерительной техники. Основные понятия и определения.

Основными видами ЦИУ являются цифровые измерительные приборы (ЦИП) и АЦП.

ЦИП – измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Процесс измерения с помощью ЦИП распространяется на 4 основных вида величин:

1) непрерывную по размеру параметра и во времени;

2) непрерывную во времени и квантованную по размеру параметра;

3) дискретизированную во времени и непрерывную по размеру параметра;

4) дискретизированную во времени и квантованную по размеру параметра.

Цифровой сигнал – частный случай дискретного сигнала, когда соответствующая ему информация представлена в виде цифр.

Цифровое измерение – измерение, при котором результат представлен в виде цифр.

Процесс измерения включающий в себя дискретизацию, квантование и кодирование непрерывной величины называется АЦ преобразованием. Для ЦИП он называется АЦП иначе его называют непрерывно-дискретным преобразованием.

Общий отличительный признак ЦИУ

Общий процесс преобразования измеряемой величины как для АИУ так и для  ЦИУ имеет вид:

Непрерывная – Дискретная – Код (для ЦИП)

Непрерывная – Аналоговая - Дискретная – Код (для АИУ)

Таким образом, автоматизм преобразования Непрерывная – Дискретная – Код есть единственный отличительный признак ЦИУ.

Например, измерение в цифровой форме является общим, но не отличительным признаком. Так, мосты с декадным магазином или счетчики энергии являются аналоговыми приборами, но отсчет осуществляется в цифровой форме.

Отсутствие механических узлов и использование электронных компонентов – отличительный, но не общий признак: осциллограф является аналоговым прибором, но он не имеет механических частей.

Таким образом, процесс измерения ЦИУ основан на обязательном квантовании или дискретизации непрерывного сигнала. В этом случае важно правильно выбрать шаг квантования и шаг дискретизации.

Очевидно что погрешность квантования не должна превышать общей максимальной погрешности ЦИП.

Если заданы диапазон и относительная допустимая погрешность преобразования, то шаг квантования g выбирается из соотношения:

,

где  - допустимая относительная погрешность преобразования;

        - максимальное значение диапазона.

Если известно  и число десятичных разрядов цифрового отсчетного устройства , то шаг квантования можно определить из формулы:

Если измеряемая величина постоянна во времени, то для ее АЦ преобразования достаточно одной операции, выполняемой за время, определяемое быстродействием квантующего и кодирующего устройств.
Временем преобразования называют интервал времени между включением измеряемого сигнала на вход АЦП и моментом появления на выходе цифрового значения этого сигнала. Если измеряемая величина изменяется во времени, то необходимо дополнительная информация, отображающая эти изменения. В этом случае используют два режима преобразования следящий и циклический:

1. При следящем режиме каждое очередное преобразование происходит только тогда, когда изменение измеряемой величины превысит ступень квантования. Допустимая скорость изменения измеряемой величины х определяется временем одного преобразования при заданном значении ступени квантования, т.к. следующее преобразование должно осуществляться не ранее этого времени преобразования:

 .

2. При периодическом режиме используют одновременно и квантование, и дискретизацию измеряемой величины. При этом важно выбрать шаг дискретизации, т.к. в данном случае кроме погрешности квантования и дискретизации возникает погрешность аппроксимации от замены непрерывной функции, её отдельными значениями через интервал дискретизации.

В основу дискретного преобразования сигнала положена теорема Котельникова: если функция x(t) не содержит в спектре частот выше Fm то она полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на величину .

 

Теория | Практикум | Контроль знаний | Об авторах