Analog signallarni raqamli qayta ishlash, ammo, optik transformatorlardan foydalanishga qaramasdan

Shovqinning o'lchovlarga ta'siri va tiklanishi signal

Har qanday signalni qayta ishlashni boshlashdan oldin, barcha raqamli himoya rele doimiy analog signallardan raqamli signallarga o'tishni amalga oshiradi, bu ketma-ket amalga oshiriladigan namuna olish va kvantlash protseduralari yordamida amalga oshiriladi. Ularning birgalikda ishlatilishi analog-raqamli konvertatsiya deb ataladi. Jarayon o'tish dan davomiy hududlar argumentni (funktsiyani belgilash) individual argument qiymatlarining cheklangan to'plamiga o'zgartirish diskretizatsiya deb ataladi. Funktsiyaning uzluksiz diapazonidan aniq qiymatlarning cheklangan to'plamiga o'tish jarayoni deyiladi kvantlash.
Analog signalni uchta usulda namuna olish mumkin:

1. 
   belgilangan vaqt nuqtalarida signal namunalarini tanlash tartibi sifatida, teng vaqt oralig'ida quyidagi Δ𝑡 (interval Δ𝑡 namuna olish bosqichi deb ataladi va teskari qiymat namuna olish tezligi deb ataladi), bu usul yagona namuna olish deb ataladi;
   
2. 
   bir-biridan keyin teng bo'lmagan vaqt oralig'ida (ko'pincha intervalning qiymati turli intervallarda signalning o'zgarish tezligiga qarab tanlanadi), adaptiv namuna olish deb ataladigan vaqt oralig'ida signal namunalarini tanlash tartibi sifatida;
   
3. 
   u yoki bu qonunga muvofiq tasodifiy tayinlangan vaqt oralig'ida namunalarni tanlash tartibi sifatida (stokastik diskretizatsiya).
   

Eng oddiy holat - bu bir xil bosqichli diskretizatsiya, shuning uchun bu usul amaliyotda eng ko'p qo'llaniladi.
Uzluksiz xabardan diskretga o'tish axborotni yo'qotish bilan amalga oshiriladi. Qabul qiluvchi tomondagi diskret qiymatlardan uzluksiz signalni tiklash va ma'lumot yo'qotilishini bartaraf etish namuna olish parametrlariga, signalni tiklash usuliga va signalning xususiyatlariga bog'liq.
Har qanday garmonik signal, agar bunday signalning chastotasi kamroq bo'lsa, alohida qiymatlar (hisoblar) bilan ifodalanishi mumkin. . chastotasi Nyquist chastotasi deb ataladi.
Namuna olingandan keyin signalni tiklashda uch xil holat bo'lishi mumkin:
a) 𝑓_𝑆 <𝑓_𝑁 – signalni toʻgʻri tiklash mumkin;
b) 𝑓_𝑆 = 𝑓_𝑁 - diskret namunalardan qayta tiklangan signalga ega bo'ladi. bu bir xil chastota, nima va oldin diskretlashtirish, lekin bosqichi va amplituda signallari bo'lishi mumkin buzilgan;
v) 𝑓_𝑆 > 𝑓_𝑁 - tiklangan signal Shunday qilib bir xil bo'ladi garmonik, lekin uning chastotasi boshqacha bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, noto'g'ri chastotalar paydo bo'lishining ta'siri namoyon bo'ladi (taxallus).
Davriy signallarni garmonik tarkibiy qismlar yoki garmonikalarning yig'indisi (yoki superpozitsiyasi) sifatida tavsiflash mumkin, ularning har biri ma'lum bir chastota, amplituda va boshlang'ich fazaga ega. Bunday tarkibiy qismlarning o'ziga xos to'plami s(t) signal turi bilan belgilanadi. Bunday vakillikni amalga oshirish uchun T davridagi signal parchasi Dirichle shartlarini qondirishi kerak, ya'ni:
1) II turdagi bo'shliqlar bo'lmasligi kerak;
2) i turdagi (yoki sakrash) tanaffuslar soni cheklangan bo'lishi kerak;
3) ekstremumlar soni cheklangan bo'lishi kerak.
Agar ushbu talablar bajarilsa, s(t) davriy signali Furye seriyasi sifatida taqdim etilishi mumkin:
(1.1)
Raqamli signallarni qayta ishlash (CCD) vazifalarida signallarni dastlabki (birlamchi) va ikkilamchi qayta ishlash bosqichlari ajratiladi. Buning sababi shundaki, umumiy holda, CCC tizimining kirish qismida x(t) foydali signal s(t), ba'zi n(t) shovqin va turli xil tabiatdagi turli xil shovqinlarning aralashmasi mavjud 𝑝(𝑡):
x(t)=s(t)+p(t)+n(t) (1.2)
bu yerda 𝑛(𝑡) – bu eng texnik qurilmaning o'ziga xos xususiyati va 𝑝 ( 𝑡 ) - bu signal tarqaladigan jismoniy muhitning o'ziga xos buzuvchi ta'siri (masalan, pasayish).
Raqamli signalni qayta ishlashning quyidagi vazifalari mavjud:

1. 
   Signallarning maqbul qabul qilinishini ta'minlash, bu turli xil shovqinlarni maksimal darajada bostirishni ta'minlash deb tushuniladi. tabiat va shovqin, chunki ichida umumiy hol ustida kiritish qabul qiluvchi ularni uradi aralash;
   
2. 
   Signallarning raqamli parametrlarini aniqlash - energiya, o'rtacha quvvat, RMS qiymati va va boshqalar.;
   
3. 
   Signallarni alohida yoki birgalikda ko'rib chiqish, shuningdek teskari sintez muammosini hal qilish uchun ma'lum bir elementar komponentlar to'plamiga parchalanishi. signal;
   
4. 
   O'xshashlik yoki o'xshashlik darajasini miqdoriy aniqlash signallar;
   
5. 
   Tanib olish va aniqlash muammolarini hal qilish signallari.
   

Bunday holda, raqamli signalni qayta ishlashning quyidagi asosiy bosqichlari ajratiladi:

1. 
   Oldindan ishlov berish - qabul qilish, analogdan raqamli shaklga muvaffaqiyatli o'tkazish vakillik;
   
2. 
   Asosiy davolash - optimal qabul qilish va tahlil (sm. vazifalar bir- 3);
   
3. 
   Ikkilamchi ishlov berish - ma'lum turdagi signalni tanlash, 6 tasniflash, tanib olish va boshqalar.
   

Signalni birlamchi qayta ishlashning eng muhim vazifasi n(t) va p(t) (shovqin va shovqin) ni bostirishdir. Optimal qabul qilishning bunday vazifasi faqat manba signalining takrorlanishidan foydalanish, shuningdek, to'g'ri qabul qilish ehtimolini oshirish uchun foydali signalning xususiyatlari, shovqin va shovqin haqida mavjud ma'lumotlar asosida hal qilinishi mumkin.
Ikkilamchi signalni qayta ishlash tizimi aniqlangan signalni aniqlash, uni tasniflash va aniqlangan signallar to'g'risida operatorga ma'lumot berish yoki nazorat ta'sirini shakllantirish uchun mo'ljallangan.
Signalni birlamchi qayta ishlashning o'ziga xos xususiyati ishlov berish algoritmining juda yuqori hisoblash murakkabligi bilan doimiyligi. Ikkilamchi ishlov berish bosqichi ishlatiladigan algoritmlarning moslashuvchanligi, boshqa texnik vositalar bilan almashishni qo'llab-quvvatlash yoki operator bilan muloqot qilish zarurati bilan tavsiflanadi. Shuning uchun ikkilamchi qayta ishlash tizimlari ko'pincha dasturlashtiriladigan hisoblash vositalari asosida quriladi. Birlamchi qayta ishlash tizimlari ham programlanadigan hisoblash vositalariga, ham qattiq mantiqqa ega bo'lgan maxsus hisoblovchilarga asoslangan.
Shovqinni foydali signaldan boshqa har qanday elektr signal sifatida aniqlash mumkin. Ushbu ta'rifdan muhim istisno bu sxemada noaniqliklar natijasida yuzaga keladigan buzilishlardir. Shovqin shovqin ta'siridan kiruvchi ta'sir sifatida aniqlanishi mumkin. Agar shovqinning kuchlanishi kontaktlarning zanglashiga olib kelmasa, bu shovqin.
Odatda shovqinlarni butunlay yo'q qilish mumkin emas, faqat ularning hajmini kamaytirish mumkin, shuning uchun ular aralashuvga olib kelmaydi.
Genri Ott o'zining kitobida aralashuvga qarshi kurashda qo'llaniladigan asosiy usullarni ta'kidlaydi:

• 
  ekranlash;
  
• 
  topraklama;
  
• 
  muvozanatlash;
  
• 
  filtrlash;
  
• 
  izolyatsiya;
  
• 
  oraliq va orientatsiya;
  
• 
  impedansni sozlash sxema;
  
• 
  kabelni tanlash;
  
• 
  bostirish (chastota yoki vaqt bo'yicha hududlar).
  

Ushbu maqolada RPA terminallari mantig'iga kiritilgan filtrlash usuli qiziqish uyg'otadi.
Signal-shovqin nisbatini yaxshilash uchun quyidagi filtrlash usullari ma'lum:

• 
  usuli tejash;
  
• 
  chastota filtrlash;
  
• 
  korrelyatsion usul;
  
• 
  kelishilgan filtrlash;
  
• 
  chiziqli bo'lmagan filtrlash.
  

Hammasi bular usullari asos solgan ustida foydalanish farqlar xususiyatlari foydali signal va aralashuv.
Kirakosyan S. A. o'z ishida shovqinlarni bostirishning eng keng tarqalgan usullarini qiyosiy tahlilini (1.1-jadval) o'tkazdi, undan ko'rinib turibdiki, bu usullardan foydalanish impuls shovqinini 40 dB dan ortiq bostirishni ta'minlay olmaydi.
1.1-jadval - Interferentsiyani bostirish usullarini taqqoslash

Usul	𝐾 ppp , dB	𝐾 pip , dB	𝛿 , %
0-10V signal uzatish	Yigirma	yigirma	0.2
Joriy chiqish 4–20 mA	60	40	0,05
Galvanik izolyatsiya	100	40	0,05–0,1
20 ms sikl vaqti bilan ADC larni integratsiya qilish	50–60	40	0,05
20ms aylanish vaqtiga ega Delta-sigma ADC	80	40	0,05
Analog filtrlash	40–60	50–60	0.2
Raqamli filtrlash	57–63	60–65	0.1

GOST 50571-4-44-2011 quyidagi shovqin manbalarini ko'rib chiqadi: induktiv yuklarni kommutatsiya qilish moslamalari, elektr motorlar, lyuminestsent yoritish, payvandlash mashinalari, kompyuterlar, rektifikatorlar, o'chirgichlar, chastota konvertorlari va regulyatorlari, liftlar, transformatorlar, to'liq kommutatsiya qurilmalari, quvvat taqsimlash shinalari.

Interferentsiyaning asosiy manbalaridan biri 380V/50Hz sanoat AC tarmog'idir. Ideal holatda, tarmoq kuchlanishining shakli kerak bolmoq sinusoid Bilan chiziqli bo'lmagan buzilishlar Kamroq 1–2%. Biroq, ishlab chiqarish jarayonida va energiyani tashish bilan bog'liq ko'plab transformatsiyalar (ko'taruvchi va pastga tushiruvchi transformatorlar) bu sinusoid chiziqli bo'lmagan magnit zanjirlar tufayli sezilarli buzilishlarga duchor bo'ladi. Natijada, chiziqli bo'lmagan buzilishlar eng yaxshi holatda 5-6% gacha o'sadi. Yirik metallurgiya zavodlarida (Azovstal, Zaporizhstal, Tagmet) va bir qator mashinasozlik zavodlarida o'tkazilgan tadqiqotlarga ko'ra, korxonalarning o'zgaruvchan tok tarmog'ida chiziqli bo'lmagan buzilish koeffitsienti 10-15% ga etadi va ish rejimiga va ish rejimiga qarab juda katta farq qiladi. yuk Spektral tahlil ko'rsatadi Mavjudligi ikkinchi va uchinchi garmonika, sabab bo'lgan kiritish kuchli asenkron motorlar va rektifikatorlar. Bundan tashqari, spektrda 5, 7, 11 va 13-garmonikalar mavjud bo'lib, o'zgaruvchan tok tarmog'idagi interferentsiya spektrining kengligi hisobga olinishi kerak, 1 kHz yoki undan ko'pga etadi. 1.13-rasmda biriktirilgan o'lchov osiloskop RTH10004 o'zgaruvchan tarmoq kuchlanishi 220 V, shuningdek, hosil bo'lgan garmonik buzilish koeffitsienti .

1.13-rasm - 220 V AC tarmoq kuchlanishining osillogrammasi (chapda) va garmonik buzilish (o'ngda)
Shunday qilib, sanoat korxonalarining o'zgaruvchan toki tarmog'ida kuchlanish shakli sinusoidal signaldan juda uzoqda, chiziqli bo'lmagan buzilishlar 10-15% yoki undan ko'proqqa etadi va katta miqdordagi impuls shovqinlari mavjud.
Yuqoridagi barcha omillarning kombinatsiyasi haqiqatni tushuntirishga imkon beradi nima klassik kiritish filtrlar, hisoblangan ustida bostirish faqat 50 Hz tarmoq shovqini samarasiz.

3.