Отношение сигнал/шум (S/N) — это отношение мощности сигнала к мощности шума.
.
Оно обычно выражается в децибелах, следовательно:
.
<Назад
Далее
5. АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕДУР
5.1. Основные операции измерений и элементарные средства их реализации
Основными операциями, составляющими процедуру измерения, являются: воспроизведение величин заданного размера, сравнение величин, измерительные преобразования. К ним следует добавить также операции, общие для всех информационных процедур: передача, коммутация, запоминание. Каждая из этих операций может быть описана с помощью математических выражений.
Средства измерений (СИ), с помощью которых реализуются те или иные операции измерительной процедуры, называются элементарными средствами измерений. СИ, с помощью которых реализуются измерительные процедуры, состоящие из нескольких операций, называют комплексными средствами измерений. Главная отличительная особенность, разделяющая эти два вида СИ, состоит в том, что с помощью любого другого элементарного СИ нельзя определить значение величины; в то время как процедура измерений, выполненная с помощью комплексных средств измерений, завершается получением значения измеряемой величины. К элементарным СИ относятся: устройства сравнения, меры, измерительные и масштабные преобразователи; к комплексным - измерительные приборы и системы.
Под воспроизведением величины заданного размера понимается создание выходного сигнала с заданным размером информативного параметра. Эта операция выполняется с помощью меры. Меру можно рассматривать как преобразователь, входной величиной которого следует считать числовое значение величины Nx, а выходной - квантованную аналоговую величину заданного размера хn=Nxqx. Поскольку на входе и выходе цифроаналогового преобразователя имеются соответственно именно такие величины, то его можно считать автоматически управляемой мерой.
Регулирование меры может осуществляется как по детерминированному, так и по случайному закону. Примером детерминированного закона является закон "лесенки":
xN(t)=Nx(t)qk,
характеризующий изменение Nx(t) от 0 до Nн через одинаковые интервалы времени единичными ступенями.
Меры подразделяются на однозначные, многозначные, наборы мер, магазины мер. Под однозначной мерой понимается мера, воспроизводящая физическую величину одного размера, под многозначной - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров. Кроме того, различаются меры одно- и многоканальные, регулируемые и нерегулируемые.
Однозначная мера может быть только одноканальной нерегулируемой (рис. 5.1) (например, образцовое электросопротивление в виде измерительных безреактивных катушек), описываемой уравнениями
xN=Nxqk=const; Nx=const; qk=const.
Рис.5.1. Разновидности мер: а - одноканальная нерегулируемая;
б - одноканальная регулируемая; в - многоканальная нерегулируемая;
г - многоканальная регулируемая
Многозначная мера может быть:
одноканальной регулируемой (рис.5.1,б), когда в данный момент времени воспроизводится только один размер. т.е. осуществляется временное разделение величин (например, магазин емкостей), ее уравнение
xN=Nxq; Nx=var; qk=const;
многоканальный нерегулируемой (рис.5.1,в), одновременно воспроизводящей несколько размеров заданной величины (например, нерегулируемый делитель напряжения), ее уравнение
xNi=Niqk=const;
многоканальной регулируемой, воспроизводящей одновременно несколько величин, размеры которых могут изменяться (рис.5.1,г), ее уравнение
=Niqk=var при Ni=var; qk=var.
Характерной особенностью многоканальных мер является пространственное разделение выходных величин.
Другой важнейшей операцией, входящей в процедуру измерения, является сравнение величин, под которым понимается определение соотношения однородных величин по знаку их разности (иногда по другому признаку). Совокупность и последовательность выполнения приемов использования физических принципов и явлений, необходимых для осуществления сравнения величин, называют методом сравнения, а соответствующее техническое средство - устройством сравнения (УС).
Устройство сравнения чаще всего состоит (рис.5.2,а) из вычитателя В, создающего разность сравниваемых сигналов Dp=x1-x2 , и релейного элемента (РЭ), реагирующего на знак разности Dp. В аналоговых устройствах релейный элемент часто отсутствует.
Сравнение может быть одно- и разновременным. Если осуществляется операция одновременного вычитания, то УС реализуется двухканальной структурой (рис.5.2,а). Выходной сигнал ai, несущий информацию о результате сравнения, чаще всего представляется логическими "1" или "0":
(5.1)
Рис.5.2. Разновидности устройств сравнения: а - на основе одновременного
вычитания; б - на основе разновременного вычитания; в - на основе деления
Операция сравнения разновременным вычитанием может быть осуществлена одноканальным УС (рис.5.2, б). С помощью переключателя П, управляемого сигналами, поступающими с генератора, создается переменный сигнал с частотой, равной частоте генератора, и фазой, содержащей информацию о соотношении между сравниваемыми величинами.
Иногда сравнение однородных величин осуществляется с помощью операции деления (рис.5.2, в):
(5.2)
Измерительными преобразованиями называются преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации (удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи по каналам связи), осуществляемые с заданной точностью. К числу измерительных преобразований можно отнести следующие операции: изменение физического рода сигнала или величины; масштабно-линейные, масштабно-временные (смещение, сжатие или растяжение во времени), нелинейные или функциональные преобразования; модуляция, квантование, дискретизация.
Из перечисленных видов измерительных преобразований остановимся на масштабировании, являющемся одной из основных операций процедуры измерения.
Масштабированием называется измерительное преобразование, осуществляемое с целью изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз с заданной степенью точности. Соответственно, масштабный преобразователь (МП) – средство измерений, с помощью которого осуществляется масштабирование.
Метод масштабирования - совокупность приемов использования физических явлений и процессов, положенных в основу работы масштабного преобразователя.
Масштабные преобразователи могут быть одно- и многозначными, одно- и многоканальными с регулируемым и нерегулируемым коэффициентом преобразования Кмп (рис.5.3).
Рис.5.3. Разновидности масштабных преобразователей: а - одноканальный
нерегулируемый; б - одноканальный регулируемый; в - многоканальный
нерегулируемый; г - многоканальный регулируемый
Регулируемые масштабные преобразователи (рис.5.3,б,г) отличает от нерегулируемых (рис.5.3,а,в) возможность изменения коэффициента преобразования Кмп. Многоканальные масштабные преобразователи могут быть с временным (рис.5.3,б) и пространственным разделением (рис.5.3,в,г).
.
.
=Niqk=var при Ni=var; qk=var.
(5.1)
(5.2)