Измерительные сигналы
В метрологии информацию о величине называют измерительной информацией, а величины, являющиеся носителями измерительной информации, - измерительными сигналами.
Измерительный сигнал - сигнал, содержащий информацию об измеряемой величине.
Первичным носителем измерительной информации, т.е. первичным измерительным сигналом, является измеряемая величина. Для получения результата измерения, обеспечения удобства хранения, передачи, отображения и др. измерительный сигнал могут подвергать преобразованиям, при которых изменяют параметры и вид сигнала (например, из аналогового сигнала в дискретный сигнал и наоборот) или производят замену величины, носителя измерительной информации, на величину другой природы. Например, силу заменяют перемещением или деформацией, температуру - изменением высоты столбика жидкости или электродвижущей силой и т.д. Эта процедура называется измерительным преобразованием.
Простейшее измерительное преобразование – это изменение масштаба сигнала измерительной информации находит применение в подавляющем большинстве измерительных приборов. Оно позволяет повысить чувствительность средства измерений и улучшить его метрологические характеристики, расширить или изменить диапазон измерения.
Наиболее часто встречающееся преобразование – представление сигнала измерительной информации в виде перемещения указателя (стрелки, светового пятна, самописца и пр.) измерительного прибора или в цифровой форме.
На пути от объекта измерения к показывающему или регистрирующему устройству средства измерений измерительный сигнал может подвергаться нескольким последовательным преобразованиям, которые разделяют на первичное и вторичные. (Первичное преобразование – это преобразование, при котором входным сигналом является измеряемая величина). Особую роль играют первичные преобразования, в рамках которых решается задача замены измеряемой величины на представительную величину.
Под представительной величиной здесь понимается величина,
- которая может быть измерена,
- удобная для дальнейшего преобразования,
- средства измерений которой позволяют получить результат измерения с заданной точностью и в требуемой форме и др.,
- и, обязательно, для которой в рамках используемого физического явления или эффекта обеспечивается еѐ однозначное соответствие измеряемой величине.
В этой связи отметим, что не все величины могут быть измерены непосредственно. Так, например, о температуре, давлении, силе, электрическом токе мы судим по эффектам, наблюдаемым при их действии на объекты. Воздействие температуры сопровождается тепловым расширением материалов. Действие силы или давления приводит к деформации тел. Взаимодействие проводника, через который идет ток, с магнитным полем порождает силу, действующую на проводник.
В зависимости от природы измеряемой величины и требований к представительной величине первичное преобразование может состоять из одной или нескольких ступеней. Например, механическая сила, действуя на упругий элемент, деформирует его. Вместе с упругим элементом растягивается/сжимается тензорезистор, изменяются его длина и площадь поперечного сечения и, как следствие, электрическое сопротивление. Изменение сопротивления в электрической цепи позволяет получить сигнал измерительной информации в виде изменения напряжения или силы тока. Однако на пути к отображению измерительной информации полученный сигнал подлежит дальнейшим преобразованиям.
Измерительные сигналы (ИС) могут характеризоваться несколькими параметрами, которые разделяют на информативные и неинформативные. Параметр сигнала, связанный с измеряемой величиной, называют информативным, а все остальные параметры – неинформативными параметрами.
Измерительные сигналы подразделяют по качественным и количественным признакам.
Классификация измерительных сигналов
Измерительные сигналы
Аналоговые
Дискретные
Цифровые
Постоянные во времени
Переменные во времени
Непрерывные
Импульсные
Неслучайные: детерминированные и квазидетерминированные
Случайные
Элементарные
Сложные
Стационарные
Нестационарные
Периодические
Непериодические
Эргодические
Неэргодическиее
Гармонические
Почти периодические
Полигармонические
Переходные
По характеру представления измерительной информации ИС делят на аналоговые и дискретные сигналы.
Информативный параметр аналогового сигнала может принимать в определенных границах любые значения, дискретного сигнала – только некоторое конечное число значений. Цифровые ИС представляют собой частный случай дискретных сигналов, каждому значению которых поставлены в соответствие определенные комбинации символов некоторого алфавита (например, десятичной или двоичной системы).