Расчет ложных частот, частота Найквитса.
Для точного представления частоты сигнала при измерениях вы должны производить выборки с частотой, большей удвоенной максимальной частотной компоненты сигнала, в соответствии с теоремой Найквиста. Частота Найквиста – это максимальная частота сигнала, при которой его можно точно представить без эффекта наложения частот с данной частотой выборки. Частота Найквиста равна половине частоты выборки. В сигналах, имеющих частотные компоненты, превышающие частоту Найквиста, появятся ложные низкочастотные составляющие. Частота этой составляющей равна по модулю разности между частотой входного сигнала и наиболее близкой частотой, равной целому числу, умноженному на частоту выборки.
Например, положим, что частота выборки fs равна 100 Гц. Предположим также, что входной сигнал содержит компоненты с частотами: 25 Гц, 70 Гц, 160 Гц и 510 Гц, как показано на следующем рисунке.
Частотные компоненты ниже частоты Найквиста (fs/2 = 50 Гц) оцифровываются правильно. Это показано на следующей иллюстрации. Частотные компоненты выше частоты Найквиста появляются как побочные. Например, F1 (25 Гц) появляется на правильной частоте, а F2 (70 Гц), F3 (160 Гц) и F4 (510 Гц) имеют низкочастотные ложные компоненты на частотах 30 Гц, 40 Гц и 10 Гц, соответственно.
Для вычисления ложных частот используйте следующее выражение:
Ложная частота = Абсолютное значение (Наиболее близкая частота, равная целому числу, умноженному на частоту выборки, – Частота входного сигнала)
Например,
Ложная F2 = |100 – 70| = 30 Гц
Ложная F3 = |(2)100 – 160| = 40 Гц
Ложная F4 = |(5)100 – 510| = 10 Гц
Основные типы согласования сигналов.
Усиление (перед линией связи датчика с устройством сбора данных)
Усилители увеличивают уровень входного сигнала для лучшего соответствия рабочему диапазону АЦП, что позволяет увеличить разрешающую способность и чувствительность измерения. Хотя большинство УСД содержат усилители, многие измерительные преобразователи, такие как термопары, требуют дополнительного усиления.
Многие измерительные преобразователи генерируют напряжение в диапазоне нескольких милливольт или даже микровольт. Усиление этих слабых сигналов непосредственно УСД приводит к усилению и шумов (помех), наведенных на сигнальные провода. Когда сигнал очень слаб, то даже небольшого шума достаточно для полного заглушения сигнала, что приведет к неправильным данным.
Линеаризация (приведение СХ к линейному виду)
По этой причине вы должны или аппроксимировать кривую зависимости напряжения от температуры полиномами или использовать следующую справочную таблицу. Аппроксимация полиномами выглядит следующим образом:
Фильтрация (реальные и программные фильтры) – ослабление сигнала помех
Фильтры в основном делятся на пять категорий: фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, полосовой фильтр, заграждающий фильтр и фазовый фильтр. Эта классификация возникла по частотному диапазону (или полосе) сигналов, которые фильтр пропускает без ослабления.
Гальваническая развязка Изоляция (выход и вход датчика не связаны напрямую) Неправильное заземление системы – один из наиболее частых случаев возникновения проблем с измерениями, помех и повреждения УСД. Системы согласования сигналов с электрической изоляцией могут предотвратить большинство этих проблем. Устройства такого типа бесконтактно передают сигнал от источника к измерительной системе, используя трансформаторы, оптические и емкостные развязки. Кроме разрыва паразитного контура с замыканием через землю, изоляция блокирует большие выбросы напряжения и отфильтровывает синфазное напряжение, защищая операторов и дорогостоящее измерительное оборудование.
Возбуждение датчиков (генератор)
Возбуждение моста
Устройства согласования сигналов тензодатчиков обычно обеспечивают источник постоянного напряжения для питания моста. Поскольку до сих пор не существует стандарта для уровня напряжения возбуждения, оно может меняться от 3 до 10 вольт. Хотя большее напряжение возбуждения приводит к пропорционально большему выходному напряжению, оно может создать большую ошибку из-за явления саморазогрева. Важно, чтобы напряжение возбуждения было точным и стабильным. Однако можно использовать и менее точное или стабильное напряжение и проводить, тем не менее, точные измерения, используя управление/слежение напряжением возбуждения.