Главная  Журналы 

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

1.1. СИПТАЛ, ВЕЛИЧИНА, КВАНТОВАНИЕ, КОДИРОВАНИЕ, ДИСКРЕТИЗАЦИЯ

Физический процессявляется движущейся материей и характеризуется в общем случае многомерной интенсивностью, а также протяженностью во времени и пространстве. По характеру координаты интенсивности физические процессы разделяются на непрерывные во времени, пространстве и на прерывистые, или дискретизированные во времени, пространстве. Обычно в макромире физические процессы непрерывны, а прерывистые, дискретизированные процессы создаются искусственно для различных целей.

Сигналом в общем смысле является материальное воплощение информации в виде определенного физического процесса, например электрического - изменения электрического напряжения во времени и (О или, например, в виде совокупности объектов в пространстве. Сигналы разделяются на непрерывные и дискретные, или кодовые.

В непрерывных сигналах содержится измерительная информация, заключенная в интенсивности величины или в непрерывно изменяющемся размере соответствующего временного, пространственного или частотного параметра. Непрерывные сигналы и их параметры обычно являются собственно объектами измерения, они непрерывны и неограниченны, как и сам материальный объект.

В {родовых сигналах содержится искусственно или естественно закодированная информация, заключенная в определенных диапазонах размеров данной величины, в числе объектов, в расположении их в пространстве, в условных символах и т. д. Кодовые сигналы являются одной из форм отражения объекта и поэтому ограничены и прерывны по сущности. Примерами искусственных кодовых сигналов являются широко применяемые в технике управления, в вычислительной технике электрические кодовые сигналы «логический нуль» (обычно напряжение О В ... 0,5 В) и «логическая единица» (обычно напряжение 3 В...,5 В). Примером естественного кодового сигнала являются генетические кодовые сигналы, информация в которых заключена в определенном числе и расположении групп элементов ДНК. Кодовые сигналы служат для управления вычислительными, измерительными и другими автоматическими устройствами. О Измеряемая величина является одной из характеристик физического процесса или сигнала, которая оценивается количественно с гарантированной точностью и достоверностью. Величины разделяют на аналоговые, обладающие несчетным множеством значений по размеру, и на квантованные, обладающие счетным множеством значений по размеру. При многомерном аналоговом сигнале часто термин «величина» заменяется термином «параметр», в том числе информативный параметр для собственно измеряемой величины и неинфермативные параметры для остальных параметров многомерного сигнала. •-> Квантование величины - это операция создания при помощи меры или масштабного преобразователя сигнала, абсолютные или относительные размеры параметров которого имеют ограниченное число значений.

Квантование образцовой величины осуществляется, например, в многоканальной мере (ММ), при этом на выходе меры получают множество



Рис. 1.1. Квантование величин:

с - образцовой с Помощью многоканальной н одноканальиой мер; б - измеряемой с помощью многоканального масштабного преобразования.

величин заданного размера. Образцовая величина квантуется по абсолютным значениям ступенями квантования q, выраженными в единицах данной физической величины или в ее долях (рис. 1.1,с).

Квантование измеряемой величины может осуществляться в многоканальном масштабном преобразователе (ММП), т. е. в мере отношения; при этом на выходе масштабного преобразователя создаются величины, размер которых определяется размером х и коэффициентом ММП. Измеряемая величина квантуется при этом в единицах относительных величин или в их долях (рис. 1.1,6). Автоматическое измерение является совокупностью операций квантования, сравнения и кодирования.

Ступенью квантования называется разность между двумя наиболее близкими значениями квантованной величины.

Квантованная величина в функции времени может быть выражена при помощи единичной ступенчатой функции, которая равна единице при положительном аргументе и нулю при отрицательном:

Хкв (О = лЛЧ) 9.1(-4)-

Квантование может выполняться с равномерными и неравномерными ступенями квантования. При измерении применяется равномерное квантование. При этом число уровней или ступеней квантования выбирается большим в соответствии с заданным уровнем точности. Неравномерное квантование применяется обычно при небольшом числе ступеней квантования, например в построителях кривых распределения плотности вероятности импульсов, с резко неравномерной плотностью вероятности. При этом иногда целесообразно неравномерное оптимальное квантование. Квантование применяется также в процессе управления, например при необходимости воздействия на технологический процесс сигналом с параметром точно заданного размера, а также в технике связи, когда вместо передачи непрерывного сигнала передается сигнал квантованный, размер параметра которого фиксирован.

Квантованные величины разделяются на естественно и искусственно квантованные.

Естестеенно квантованная величина является совокупностью одинаковых частиц или элементов, размер лараметра которых постоянен и равен размеру ступени квантования. Естественно квантованная величина, разделенная на отдельные частицы (кванты), может быть




чп 1

. Ill

Стоп Cmapni*

Рис. 1.2. Квантование:

о - линейного перемещения li б -интервала времени Тх-

измерена подсчетом частиц. Электрический заряд; состоящий из электронов с одинаковым известным зарядом, можно измерить счетом электронов. При этом необходимо совокупность электронов, образующих данный заряд, точно преобразовать в последовательность импульсов, а затем точно определить их число.

- Для искусственного квантования, благодаря возможности нанесения и обнаружения границ ступеней и точного дозирования, наиболее удобны: длина, угол поворота, интервал времени, частота, электрический заряд, масса и электрическое напряжение. Угол а и длина / очень удобны и для неавтоматического заблаговременного квантования, например в процессе изготовления простейшей меры длины - линейки с миллиметровыми делениями (рис. 1.2,а). После завершения процесса квантования линейного. или углового перемещения, т. е. после нанесения видимых глазом равноотстоящих отметок и соответствующих числовых значений, это перемещение становится искусственно созданной известной квантованной величиной. В автоматических кодирующих преобразователях угол поворота квантуется элементами с неодинаковыми, легко автоматически различимыми состояниями вещества (например, проводящий и непроводящий, прозрачный и непрозрачный). Известны конструкции фотоэлектрических преобразователей угол - код на 20 двоичных разрядов, в которых ступень квантования равна примерно одной миллионной доле одного полного оборота. Максимальное число ступеней квантования измерителей одного оборота с преобразованием угла в фазу электрических колебаний с применением корреляционного осреднения повышено до 2*. Оптическими и рентгеновскими интерференционными устройствами расстояния автоматически квантуются ступенями от 10"** до 10"• м.

Очень просто реализуется квантование интервала времени при помощи генератора квантующих импульсов (рис. 1.2,6). Интервал времени может автоматически квантоваться с минимальной ступенью квантования до Ю"- с.

Кодирование - это операция перевода по определенным правилам формального объекта, выраженного совокупностью кодовых символов одного алфавита, в формальный объект, выраженный символами другого алфавита. Примерами кодирования являются перевод текста (формального объекта) с одного языка на другой; шифрование определенного сообщения; представление последовательности операций,





0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166