Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Сообщения, аналоговые и дискретные сигналы
Для передачи или хранения информации используется какой-либо язык, состоящий из определенных знаков и правил их применения. Знак — это совокупность признаков, по которым можно распознать какой-либо объект или явление (в более узком смысле это символ числа, буквы, математической или логической операции). Последовательность знаков, содержащих некоторую информацию, называют сообщением. Материальные носители сообщений – сигналы. Сигналы могут иметь различную физическую природу: - бумага с текстом или рисунком; - ферромагнитная пленка с участками различной намагниченности; - отклонение биметаллической пластины при изменении температуры; - изменение тока или напряжения; - отклонение шлагбаума на переезде и т. д. Сигналы формируются изменением параметров физического носителя. Так, текст или рисунок на бумаге получают изменением яркости и цвета ее отдельных элементарных площадок. В соответствии с рисунком 1, на котором показана работа термостата с биметаллическим регулятором, изменение температуры в объеме термостата вызывает изменение угла отклонения биметаллической пластины и тока I, текущего через нагреватель. Таким образом, одно и то же сообщение о температуре термостата (меньше или больше 50°С) передается (и хранится) внутри системы различными физическими носителями. В соответствии с рисунком 2, показаны изменения сигналов (количество нейтронов N n, ионизационный ток камеры I К, напряжение на моторе U М) в системе регулирования мощности реактора при заданном уровне регулируемого параметра Х. Эти примеры показывают, что содержание сообщения определяется не видом носителя, а лишь законом изменения его параметров. Рисунок 1 Рисунок 2 На заре автоматизации, пока автоматических систем было мало и каждая из них управляла конкретной машиной или процессом, конструкторы создавали устройства с передачей, хранением и переработкой сигналов различной физической природы. С развитием промышленности число автоматических систем быстро росло. В этих условиях неизбежно наряду с качеством их работы (точностью, быстродействием, надежностью) пришлось учитывать иих экономические показатели. Низкую стоимость (при сохранении высокого качества) можно обеспечить только при крупносерийном производстве унифицированных изделий. Но унификация и крупносерийное производство невозможны при создании управляющих устройств, работающих с сигналами различной физической природы.
Выход из этого затруднения был найден в создании регуляторов, работающих только с электрическими сигналами. Сигналы любой физической природы преобразуются датчиками в электрические сигналы, затем электрические сигналы в регуляторах сравниваются между собой и с заданными условиями, подвергаются всевозможной «переработке», и в результате вырабатывается электрический сигнал рассогласования [ x (t)— y (t)]. Последний в свою очередь преобразуется исполнительным устройством в воздействие необходимой физической природы (тепловое — нагреватель, механическое — электромотор и т. д.). Преимущество использования электрических сигналов: - электрические сигналы имеют очень большую скорость перемещения в пространстве, что обеспечивает быстрый обмен сообщениями, т.е. быстродействие; - интенсивное развитие электротехники и радиоэлектроники позволило создать простые и достаточно точные преобразователи любого вида энергии в электрическую энергию (датчики) и электрической энергии в любой другой вид энергии (исполнительные устройства); - именно электрические управляющие устройства наиболее технологичны, надежны, имеют малые габариты и массу, позволяют создавать простые конструкции, удобные в обслуживании. Указанные причины позволяют выделить электрические сигналы среди всех других сигналов и говорить об их прикладной универсальности. Поэтому сигналами чаще называют колебания электрического тока и напряжения, распространяющиеся на расстояние и несущие сообщения. Природа большинства физических величин (температура, давление, освещенность и т. д.) такова, что они могут принимать любые значения в каком-то диапазоне. В этом случае сигнал на выходе соответствующего датчика (термопара, тензорезистор, фотодиод и т. д.) на любом временном интервале может иметь бесконечное число различных значений. Так как в данном случае непрерывный сигнал изменяется аналогично исходной информации, он часто называется аналоговым. Устройства, в которых действуют указанные сигналы, также называются аналоговыми.
Энтропия сигнала определяется количеством значений, которые он может принимать. Для аналогового сигнала возможно бесконечное множество значений и энтропия непрерывного сигнала равна бесконечному числу битов. Однако в реальных системах непрерывность сообщений по величине не может быть реализована из-за конечной точности источников и приемников информации и действия внешних помех. Поэтому при передаче и обработке сигналов достаточно воспроизводить их лишь с определенной степенью достоверности, определяемой погрешностью всего устройства передачи и переработки информации. И чем больше погрешность (чем меньше разрешающая способность) устройства, обрабатывающего сигнал, тем меньшее количество информации (изменение энтропии) может быть извлечено из аналогового сигнала. Поэтому в необходимых случаях можно заменять непрерывный сигнал сигналом, квантованным по уровню в соответствии с рисунком 3 (участок а). Рисунок 3 Квантование существует всегда, если какая-либо физическая величина измеряется и приближенно представляется в цифровой форме. Необходимая точность приближения квантованного значения к истинному определяет шаг квантования А = A / n (A — диапазон возможных значений величины сигнала; n — число уровней квантования). При этом ошибка квантования в любой момент времени не превышает половины шага квантования. В результате квантования бесконечно большая энтропия непрерывного сигнала уменьшается до значения log n для квантованного сигнала в любой момент времени. В соответствии с рисунком 3 (участок а) число возможных дискретных значений сигнала n = 8 (от 4 до минус 3, через 1), следовательно, его энтропия Н = 3 бит. Для дискретных сообщений, содержащих набор отдельных значений измеряемого параметра, существует способ определения количества информации. Для того чтобы его применить к аналоговым сообщениям, их необходимо подвергнуть квантованию по уровню и по времени, т.е. аналоговую информацию нужно представить в дискретной форме. Квантование по времени основано на теореме отсчетов, которая гласит, что непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности отсчетов, взятых через одинаковые интервалы времени, меньшие или равные половине периода наивысшей частоты, имеющейся в сигнале. Ряд таких отсчетов величины аналогового сигнала показан в соответствии с рисунком 3 (участок б) вертикальными отрезками различной длины. Одновременно применяя квантование по времени и по уровню, мы получим в соответствии с рисунком 3 (участок в ) дискретный сигнал, состоящий из отсчетов, количество которых в одну секунду не менее 2 F (где F — диапазон частот, занимаемый сигналом, Гц). Абсолютное значение величины равно одному из чисел n * A. Сигнал, полученный в результате операции дискретизации, относится к импульсным сигналам.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; просмотров: 80; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.244.44 (0.006 с.) |