0
Existujú vedecké práce (napr. Chakrapani & Palem) a zariadenia (napr. Lyric), ktoré používajú to, čo sa nazýva pravdepodobnostná logika. Predpokladám, že myšlienka je taká, že výstupy takéhoto zariadenia, ak sú dané nejaké vstupy, konvergujú k nejakému rozdeleniu pravdepodobnosti. Aký je rozdiel medzi týmito zariadeniami a analógovými signálmi? Sú teda tieto zariadenia stále považované za digitálny, analógový, zmiešaný signál?
1 odpoveď
Triedenie:
Aktivita
0
Zdá sa, že tento článok popisuje novú (pravdepodobnostnú) boolovskú logiku a nie je o implementácii. Práve som pozeral na papier, ale vyzerá to, že je to ďalšia z tých teórií. Mimochodom, existuje jednoduchý dôvod, prečo vám pravdepodobnostní logici nedajú to, čo vám dávajú klasickí logici, a to, že nie sú pravdivo funkčné (t. j. hodnota A a B nezávisí výlučne od hodnoty A a hodnota B).
Čo sa týka implementácie takejto veci na čip: Myslím, že oboje je možné. Ak to robíte digitálne, potom počítate pravdepodobnosti a môžete tiež spustiť nejaký kód na procesore. Naozaj neviem o analógových implementáciách, ale myslím si, že akýkoľvek základný analógový komponent (tranzistor, operačný systém atď.) možno považovať za vykonávanie niektorých zákl aritmetická operácia pomocou napätí a prúdov. To, či tento vzorec vedie k záverom, ktoré sa pridržiavajú alebo sa približujú Kolmogorovovým zákonom pravdepodobnosti, je iná otázka, ale predpokladám, že je to možné a možno sa tak stalo.
Využívanie digitálnych technológií v CCTV sa neustále zvyšuje. Pozrime sa na rozdiely medzi digitálnou a analógovou televíziou.
Začiatkom a koncom každého procesu je analógový signál. Medzihodnoty je možné previesť do digitálneho formátu, čo poskytuje mnoho výhod. Ľudské zmyslové orgány (ucho, oko, nos, koža atď.) reagujú iba na nepretržitý analógový signál.
Analógové systémy
Analógový signál je spojitý signál elektrického napätia, ktorý predstavuje fyzikálny proces, ako je svetlo, zvuk alebo akákoľvek iná premenná. Hoci je analógový proces ľahšie pochopiteľný, má mnoho obmedzení.
Hluk a rušenie
Všetky elektronické obvody a zariadenia produkujú určité množstvo náhodného šumu. Okrem toho existuje aj vonkajšie elektromagnetické rušenie. Keďže analógový signál je nepretržitá funkcia, tento šum a rušenie sa stávajú súčasťou signálu a nemožno ich úplne eliminovať. Hlukové zložky sa zvyšujú s počtom elektrických obvodov.
Skreslenia
Analógový signál závisí od úmernosti medzi fyzikálnym procesom a jeho zodpovedajúcim elektrickým napätím. Väčšina analógových obvodov je nelineárna, čo znamená, že výstupný signál sa presne nezhoduje so vstupným signálom. Zvyčajne sa táto poloha nedá úplne opraviť. Navyše, vo veľkom systéme sa tieto skreslenia hromadia. Vo všetkých analógových obvodoch dochádza k malým zmenám v úrovni signálu v dôsledku vonkajších faktorov, ako sú zmeny teploty. Nedajú sa opraviť, pretože sú neoddeliteľné od samotných signálov.
Digitálne systémy
Digitálny systém je zložitejší, ale oproti analógovému systému má mnoho výhod.
Presné znázornenie
Akonáhle je analógový signál prevedený na digitálny signál, jeho parametre môžu zostať nezmenené v celom systéme, bez ohľadu na jeho veľkosť (okrem prípadu, keď sa používa kompresia). K tomu dochádza v dôsledku odolnosti digitálneho systému voči vonkajšiemu šumu a rušeniu.
Prenos signálu bez straty informácií
Všetky systémy prenosu signálu sú primárne analógové a majú problémy so šumom a skreslením. Digitálne signály však možno chrániť pred chybami, čo umožňuje prenos digitálnych signálov bez skreslenia.
Zložitosť procesu
V analógovom systéme si každý krok v komplexnom procese spracovania signálu zvyčajne vyžaduje samostatný obvod. V digitálnom systéme CPU(CPU) je možné naprogramovať tak, že pomocou vhodného softvéru môže vykonávať rôzne kroky. To umožňuje digitálnemu systému zvládnuť oveľa viac procesov.
Nízke náklady
Výroba integrovaných obvodov (IC) pre digitálne systémy je oveľa lacnejšia ako pre analógové systémy.
Digitálne úložisko bolo jedným z prvých použití digitálneho videa. Digitálne video signály je možné uložiť do pamäte pomocou rýchle vyhľadávanie. Táto pamäť tiež umožňuje zobrazovať signály v rôznych formátoch bez ohľadu na formát prichádzajúceho signálu. Je možné zobraziť signály s rôznymi rozlíšeniami a formátmi (PAL, NTSC atď.).
Nevýhody digitálnych video systémov
- Náročnejšie na pochopenie a dizajn
- Vyžaduje si väčšiu šírku pásma (avšak rôzne metódy kompresia túto nevýhodu prekonáva).
- Nedochádza k postupnému zhoršovaniu digitálneho signálu – aj malá chyba môže skresliť celý obraz.
Medzi hlavné nevýhody digitálnych systémov na prenos, spracovanie a ukladanie zvukových signálov patria:
1) rozšírenie frekvenčného pásma. Prenos analógových signálov vyžaduje frekvenčné pásmo, ktoré nie je väčšie ako šírka pásma pôvodného signálu. Potreba rozšírenia šírky pásma pre prechod digitálnych signálov je daná skutočnosťou, že vzorky sú reprezentované vo forme kombinácií binárnych kódov, pri prenose ktorých je každý bit kódovej kombinácie zobrazený ako samostatný impulz. Preto jednou z hlavných nevýhod digitálnej reprezentácie signálov sú vysoké požiadavky na šírku pásma komunikačných kanálov a kapacitu pamäťových zariadení;
2) analógovo-digitálna konverzia. Pri implementácii ADC sa snažia nájsť kompromis medzi presnosťou pôvodnej reprezentácie signálu v digitálnej forme, ktorá sa dosahuje zvýšením počtu kvantizačných úrovní a vzorkovacích rýchlostí, a stupňom rozšírenia šírky pásma potrebnej na prenos digitálneho signálu, resp. úložnú kapacitu potrebnú na jeho uloženie. Je bežnou praxou, že audio signály ADC sú dostatočné vysoký stupeň presnosť (asi 16 bitov na 1 vzorku) s následným znížením počtu bitov na vzorku pomocou rôznych schém digitálnej kompresie;
3) potreba synchronizácie času. Synchronizácia určuje časy, v ktorých sa musí počítať prichádzajúci signál, aby sa rozhodlo, aká hodnota bola prenesená. Pre optimálnu detekciu signálu musí byť generátor impulzov synchronizovaný s načasovaním impulzov prichádzajúcich z linky. Problém sa zhoršuje v prípadoch, keď je sieť tvorená viacerými spínacími stanicami a je potrebné riešiť problémy vnútornej a celosieťovej synchronizácie;
4) nekompatibilita s existujúcimi analógovými zariadeniami. Digitálne zariadenie, ktoré sa používa napríklad v lokálnom telefónnych sietí, nevyhnutne poskytuje štandardné analógové „rozhranie“ so zvyškom siete. Preto, kým nebudú všetky siete plne digitálne, bude prakticky nemožné dosiahnuť maximálne výhody digitálnych telefónnych systémov z hľadiska kvality signálu a poskytovania „nehlasových“ služieb.
Hlavné technické výhody digitálnych systémov na spracovanie, prenos a ukladanie zvukových signálov sú nasledovné:
1) možnosť regenerácie signálu. Hlavnou výhodou digitálneho systému je, že pravdepodobnosť výskytu chyby v lineárnej ceste pri prenose správy môže byť veľmi malá zavedením regenerátorov do medziľahlých bodov prenosových vedení. Medziľahlé uzly budú detekovať a regenerovať digitálne signály predtým, ako skreslenie vyskytujúce sa v kanáli dosiahne úroveň, ktorá povedie k chybám príjmu, t.j. vplyv týchto skreslení je vylúčený. Naproti tomu v analógových systémoch sa pri prechode signálu z jedného miesta na druhé hromadí šum a skreslenie. Ak je počet bodov regenerácie v navrhnutom digitálnom komunikačnom systéme dostatočný na odstránenie chýb v kanáli, potom je kvalita prenosu v komunikačnej sieti určená iba procesom prevodu signálu do digitálnej formy a nie prenosovým systémom. ;
2) schopnosť pracovať pri nízkych hodnotách odstupu signálu od šumu (interferencie). Šum a rušenie pri prenose audio signálov v analógových sieťach sú najvýraznejšie počas prestávok, keď je amplitúda signálu malá. Ďalším z hlavných problémov pri navrhovaní a prevádzke analógových sietí, napríklad v telefonovaní, je potreba eliminovať prechodné rušenie medzi obvodmi, cez ktoré sa prenáša reč. Problém sa stáva ešte naliehavejším v tých obdobiach, keď je v jednom kanáli prestávka v konverzácii a druhý ovplyvňujúci kanál vysiela signál na maximálnej úrovni výkonu. V digitálnych systémoch sa počas prestávok prenášajú určité kombinácie kódov a úroveň výkonu signálov prenášaných počas prestávok je rovnaká ako počas prenosu užitočná informácia. Keďže regenerácia signálu počas digitálneho prenosu eliminuje takmer všetok šum vznikajúci v prenosovom médiu, šum voľného kanála (počas pauzy) je určený iba procesom kódovania a nie prenosovým vedením. Pauzy teda nie sú definované maximálne úrovnešum, ako je to v prípade analógových systémov, a prechodné rušenie nízkej úrovne je eliminované počas procesu regenerácie v digitálnych regenerátoroch alebo prijímačoch.
Digitálne prenosové linky poskytujú možnosť prakticky bezchybného prenosu správ cez komunikačné kanály s hodnotami odstupu signálu od šumu rádovo 15-25 dB, v závislosti od spôsobu kódovania (akceptovaná hodnota signál-k -pomer šumu pri prenose z jedného koncového zariadenia do druhého v analógovej sieti je 46 a 40 dB pre miestne a medzinárodné komunikačné linky), čo zabezpečuje konkurencieschopnosť digitálnych systémov v porovnaní s analógovými pri použití v podmienkach nízkeho príjmu úrovne signálu a prítomnosť prechodného rušenia;
3) jednoduchosť prenosu riadiacich informácií. Riadiace informácie sú prevažne digitálnej povahy, a preto sa dajú ľahko začleniť do digitálneho prenosového systému. Bez ohľadu na spôsob zavádzania riadiacej informácie do digitálnej cesty (multiplexovanie s časovým delením, zavádzanie špeciálnych kombinácií riadiacich kódov) sa riadiace informácie vo vzťahu k prenosovej sústave ukazujú ako na nerozoznanie od informačné správy. Naproti tomu analógové prenosové systémy majú menšie, často veľmi obmedzené, schopnosti na prenos riadiacich informácií, čo viedlo k vzniku mnohých rôznych typov formátov riadiacich signálov a potrebe navrhnúť zariadenia na rozpoznávanie a konverziu týchto formátov;
4) prispôsobivosť iným typom služieb. Použitie analógovej siete, napríklad telefónnej siete, na organizovanie iných typov komunikácie, ktoré nie sú určené na prenos hlasových informácií, si môže vyžadovať osobitné opatrenia na prispôsobenie sa podmienkam prenosu rečového signálu (najmä dodržiavanie frekvencie pásmo do 4 kHz). Naopak, v digitálnom systéme má každá správa štandardný formát akceptovaný v prenosovom systéme. Prenosový systém teda nemusí analyzovať typ prenášanej informácie a môže byť vo všeobecnosti ľahostajný k povahe záťaže, ktorú obsluhuje;
5) digitálne spracovanie signálu. Spracovanie signálu zvyčajne označuje také operácie so signálmi, ktoré zlepšujú alebo transformujú ich charakteristiky. Hlavné výhody digitálneho spracovania signálu sú nasledovné:
Programovateľnosť. Na spracovanie signálu možno použiť jednu základnú štruktúru s premenlivým algoritmickým alebo parametrickým popisom v digitálnej pamäti rôzne druhy;
Zdieľanie. Jediné zariadenie na spracovanie digitálnych signálov možno použiť na spracovanie mnohých signálov ukladaním medzivýsledkov každého procesu do pamäte s náhodným prístupom (RAM) a spracovaním signálovej sekvencie nejakým cyklickým spôsobom zdieľania času;
Automatické ovládanie. Keďže na vstupoch a výstupoch zariadenia na spracovanie digitálnych signálov sa používajú digitálne dáta, je možné štandardným spôsobom kontrolovať správnu činnosť zariadenia porovnaním odozvy na jeho výstupe s určitou testovacou sekvenciou údajov zaznamenaných v pamäti;
Všestrannosť. Pretože digitálne spracovanie signálu je implementované digitálnymi logickými obvodmi, proces spracovania môže zahŕňať mnoho rôznych funkcií, ktoré nemusí byť možné alebo nepraktické implementovať v analógovej forme.
Príklady operácií súvisiacich so spracovaním signálu a implementovaných efektívnejšie v digitálnom spracovaní sú: detekcia (generovanie) určitých frekvencií, zosilnenie (zoslabenie), korekcia, filtrovanie, kompenzovanie, konverzia rôznych formátov správ;
6) Jednoduchosť formovania skupiny. Podstatou metód vytvárania skupiny (viackanálový prenos signálu) je, že správy z rôznych zdrojov informácií sa kombinujú a vytvárajú skupinový signál, ktorý sa prenáša cez komunikačnú linku. Pri použití analógových komunikačných systémov sa zvyčajne používa princíp frekvenčného delenia kanálov (FDM), v ktorom je každý kanál systému vybavený určitou časťou frekvenčného rozsahu, ktorého šírka je rovnaká alebo väčšia ako frekvencia. pásmo predplatiteľského kanála. V digitálnych viackanálových komunikačných systémoch, zvyčajne vybudovaných na princípe časového delenia kanálov (TDDC), sa signály prenášajú striedavo po komunikačnej linke z rôznych zdrojov správ s využitím celej frekvenčnej šírky lineárnej cesty počas prenosu signálov z každého zdroja.
Zariadenie FDM je zvyčajne drahšie ako zariadenie TDM, aj keď sa vezmú do úvahy náklady na analógovo-digitálnu konverziu. Je potrebné poznamenať, že vytváranie skupinových analógových signálov s TRC je tiež implementované pomerne jednoducho, nevýhodou analógových systémov s TRC je však ich nízka odolnosť voči šumu v dôsledku náchylnosti úzkych analógových impulzov na rušenie, skreslenie, presluchy a medzisymboly. rušenie;
7) jednoduchosť klasifikácie. Na rozdiel od analógových správ, ktorých šifrovanie je pomerne pracná úloha a spoľahlivosť šifrovania je často nedostatočná, implementácia skramblovania a dekódovania digitálneho toku je jednoduchšia a efektívnejšia.
Mnohé z výhod digitálneho prenosu (v porovnaní s analógovým) možno pripísať aj digitálnemu záznamu. Prvou z týchto výhod je možnosť určiť kvalitu prehrávania počas nahrávania a zachovať túto kvalitu po neobmedzenú dobu periodickým kopírovaním (regenerovaním) digitálne zaznamenaných informácií, čo pri analógovom nahrávaní nie je možné.
Ďalšou výhodou digitálnych úložných systémov je možnosť používať nekvalitné (nelineárne) záznamové médiá s nižším odstupom signálu od šumu v porovnaní s analógovými médiami. V dôsledku toho sa digitálne prehrávacie zariadenia stanú pre spotrebiteľov ekonomicky atraktívnymi vďaka zníženiu nákladov na elektronické produkty a záznamové médiá.
8) Analýza a syntéza zvukových signálov, najmä reči, je oblasťou rozsiahleho výskumu, ktorý úzko súvisí s prevodom reči do digitálnej podoby. Niektoré z kódovačov a dekodérov reči pracujúcich pri najnižšej bitovej rýchlosti zahŕňajú určitý stupeň analýzy a syntézy rečových signálov v digitálnej forme.
9) vysoká spoľahlivosť a stupeň integrácie s inými zariadeniami (predovšetkým digitálnymi), jednoduché prepojenie s počítačom.
Zavedenie DSP prebieha obzvlášť rýchlym tempom v rôznych typoch komunikácií, najmä bezdrôtových. Takéto nástroje zahŕňajú digitálne prepínače pre automatické telefónne ústredne, nástroje na rozpoznávanie reči v systémoch ovládania hlasu, nástroje na kódovanie reči a multiplexovanie kanálov v telefónnych a celulárnych rádiotelefónnych komunikačných systémoch, nástroje na kompresiu obrazu vo videotelefónii a nástroje na ochranu informácií pred neoprávneným prístupom. Nové technické požiadavky na komunikačné systémy generácie 3G zahŕňajú použitie vyšších frekvenčné rozsahy(2-3 GHz), rozšírenie šírky pásma kanálov a paketov, vysoké rýchlosti prenosu dát (až 2 Mbit/s). Mobilné terminály novej generácie musia poskytovať plný prístup na internet so schopnosťou vymieňať si audio/video informácie.
Akcelerátory založené na digitálnych signálových procesoroch (DSP) zvyšujú výkon počítača o rádovo aj viac a v kombinácii s analógovými vstupno/výstupnými rozhraniami premieňajú PC na pracovnú stanicu na riešenie problémov v akustike, radare, televíznom a rozhlasovom vysielaní, medicína atď. V mnohých smeroch práve schopnosti efektívneho spracovania rečových, zvukových a obrazových informácií v hardvérových obvodoch založených na DSP umožnili kvalitatívny skok vo využívaní výpočtovej techniky.
Úvod
Cieľom tejto práce je zvážiť výhody digitálnej technológie a ich dôvody.
Digitálne technológie ako také sa spoliehajú na reprezentovanie signálov v diskrétnych pásmach analógových úrovní, a nie ako súvislé spektrum. Všetky úrovne v rámci pásma predstavujú rovnaký stav signálu.
Od konca 90. rokov minulého storočia sa všeobecne uznáva, že budúcnosť je v digitálnych technológiách. V tejto práci sa pokúsim vyzdvihnúť hlavné dôvody a tézy tohto pohľadu.
1. Analógový signál
Analógový signál je dátový signál, v ktorom je každý z reprezentujúcich parametrov opísaný funkciou času a súvislým súborom možných hodnôt. Takéto signály sú opísané spojité funkciečas, a preto sa analógový signál niekedy nazýva spojitý signál.
Vlastnosti analógových signálov do značnej miery odrážajú ich kontinuitu:
· Absencia jasne rozlíšiteľných diskrétnych úrovní signálu znemožňuje aplikáciu pojmu informácie vo forme, ako sa chápe v digitálnych technológiách na jej opis. „Množstvo informácií“ obsiahnutých v jednom odčítaní bude obmedzené iba dynamickým rozsahom meracieho prístroja. · Žiadna nadbytočnosť. Z kontinuity priestoru hodnôt vyplýva, že akýkoľvek šum vnesený do signálu je nerozoznateľný od samotného signálu, a preto nie je možné obnoviť pôvodnú amplitúdu. V skutočnosti je filtrovanie možné napríklad pomocou frekvenčných metód, ak nejaké existujú Ďalšie informácie o vlastnostiach tohto signálu (najmä o frekvenčnom pásme). Zvážte tento typ signálu pri jednoduchý príklad. Počas rozhovoru naše hlasivky vyžarujú určitú vibráciu rôznej tonality (frekvencie) a hlasitosti (úroveň zvukového signálu). Táto vibrácia, ktorá prejde určitú vzdialenosť, vstupuje do ľudského ucha a ovplyvňuje tam takzvanú sluchovú membránu. Táto membrána začne vibrovať s rovnakou frekvenciou a silou vibrácií, akú vydávajú naše zvukové šnúry, len s tým rozdielom, že sila vibrácií sa v dôsledku prekonávania vzdialenosti o niečo oslabuje. Takže prenos hlasovej reči z jednej osoby na druhú možno bezpečne nazvať analógový prenos signálu, a preto. Ide o to, že naše hlasivky vyžarujú rovnakú zvukovú vibráciu, akú vníma samotné ľudské ucho (čo hovoríme, to počujeme), teda vysielané a prijímané. zvukový signál, má podobný tvar impulzu a rovnaké frekvenčné spektrum zvukových vibrácií, alebo inými slovami, „podobné“ zvukové vibrácie. Teraz sa pozrime na zložitejší príklad. A pre tento príklad si vezmime zjednodušenú schému telefónu, teda telefónu, ktorý ľudia používali dávno pred príchodom mobilnej komunikácie. Počas rozhovoru sa vibrácie zvuku reči prenášajú na citlivú membránu slúchadla (mikrofón). Potom sa v mikrofóne zvukový signál premení na elektrické impulzy a potom sa dostane cez vodiče do druhého slúchadla, v ktorom sa pomocou elektromagnetického prevodníka (reproduktora alebo slúchadla) elektrický signál premení späť na zvukový signál. Vo vyššie uvedenom príklade opäť: " analógový» konverzia signálu. To znamená, že zvukové vibrácie majú rovnakú frekvenciu ako frekvencia elektrického impulzu v komunikačnej linke a tiež zvuk a elektrické impulzy majú podobný tvar (teda podobný). Pri prenose televízneho signálu má samotný analógový rádiotelevízny signál pomerne zložitý tvar impulzu, ako aj pomerne vysokú frekvenciu tohto impulzu, pretože sa prenáša na veľké vzdialenosti, napr. zvukové informácie a video. 2. Digitálny signál
Digitálny signál je dátový signál, v ktorom je každý z reprezentujúcich parametrov opísaný funkciou diskrétneho času a konečnou množinou možných hodnôt. Signály sú diskrétne elektrické alebo svetelné impulzy. Pri tejto metóde sa celá kapacita komunikačného kanála využíva na prenos jedného signálu. Digitálny signál využíva celú šírku pásma kábla. Šírka pásmaje rozdiel medzi maximálnou a minimálnou frekvenciou, ktorá môže byť prenášaná cez kábel. Každé zariadenie v takýchto sieťach posiela dáta oboma smermi a niektoré môžu prijímať a vysielať súčasne. Úzkopásmové systémy prenášajú dáta ako digitálny signál s jednou frekvenciou. Diskrétny digitálny signál sa prenáša na veľké vzdialenosti ťažšie ako analógový signál, takže najprv musí byť modulovaťna strane vysielača a demodulovať na strane prijímača informácií. Použitie algoritmov na kontrolu a obnovu digitálnych informácií v digitálnych systémoch môže výrazne zvýšiť spoľahlivosť prenosu informácií. Treba mať na pamäti, že skutočný digitálny signál je vo svojej fyzickej podstate analógový. V dôsledku šumu a zmien parametrov prenosových vedení má kolísanie amplitúdy, fázy/frekvencie polarizácie. Ale tento analógový signál (impulzný a diskrétny) je vybavený vlastnosťami čísla. Vďaka tomu je možné použiť na jeho spracovanie numerické metódy (počítačové spracovanie). Napríklad, "digitálny signál"Vezmime si princíp prenosu informácií pomocou pomerne známej „Morseovej abecedy“. Pre tých, ktorí nie sú oboznámení s týmto typom prenosu textových informácií, nižšie stručne vysvetlím základný princíp. Predtým, keď sa prenos signálu vzduchom (pomocou rádiového signálu) len rozvíjal, technické možnosti vysielacieho a prijímacieho zariadenia neumožňovali prenášať rečový signál na veľké vzdialenosti. Preto sa namiesto rečových informácií používali textové informácie. Keďže text pozostáva z písmen, tieto písmená boli prenášané pomocou krátkych a dlhých impulzov tonálneho elektrického signálu. Tento prenos textovej informácie sa nazýval prenos informácií pomocou Morseovej abecedy. Tónový signál mal vo svojich elektrických vlastnostiach veľkú priepustnosť v dôsledku toho sa zväčšil dosah vysielacieho a prijímacieho zariadenia. Jednotky informácií v takomto prenose signálu sa bežne nazývali „bodka“ a „pomlčka“. Potom krátko nový signál znamenal bodku a dlhý tón znamenal pomlčku. Tu každé písmeno abecedy pozostávalo zo špecifického súboru bodiek a pomlčiek. Napríklad list Abol označený kombináciou" .-
" (bodka-pomlčka) a písmeno B" - …
"(pomlčka-bodka-bodka-bodka) a tak ďalej. To znamená, že prenášaný text bol zakódovaný pomocou bodiek a pomlčiek vo forme krátkych a dlhých segmentov tónového signálu. Ak sú slová „MORSEOVKA“ vyjadrené bodkami a pomlčkami, bude to vyzerať takto: Digitálny signál je založený na veľmi podobnom princípe kódovania informácie, len samotné jednotky informácie sú odlišné. Akýkoľvek digitálny signál pozostáva z takzvaného „binárneho kódu“. Tu sa ako jednotky informácií používa logická 0 (nula) a logická 1 (jedna). Ak si vezmeme ako príklad obyčajnú vreckovú baterku, tak ak ju zapnete, bude sa vám zdať, že znamená logickú jednotku a ak ju vypnete, bude to znamenať logickú nulu. V digitálnych elektronických obvodoch sa logické jednotky 1 a 0 považujú za určitú úroveň elektrického napätia vo voltoch. Takže napríklad logická jednotka bude znamenať 4,5 voltu a logická nula bude znamenať 0,5 voltu. Prirodzene, pre každý typ digitálneho mikroobvodu sú hodnoty napätia logická nula a jedna odlišné. Akékoľvek písmeno abecedy, ako v príklade s Morseovou abecedou opísanou vyššie, v digitálnej forme, bude pozostávať z určitého počtu núl a jednotiek, usporiadaných v určitom poradí, ktoré sú zase zahrnuté v paketoch logických impulzov. Takže napríklad písmeno A bude jeden balík impulzov a písmeno B bude ďalší balík, ale v písmene B bude postupnosť núl a jednotiek iná ako v písmene A (teda iná kombinácia usporiadania núl a jednotiek). IN digitálny kód, môžete zakódovať takmer akýkoľvek typ prenášaného elektrického signálu (vrátane analógového) a nezáleží na tom, či ide o obraz, video signál, zvukový signál alebo textovú informáciu a tieto typy signálov môžete prenášať takmer súčasne (v jeden digitálny tok). 3. Analógové zariadenia
S príchodom elektriny mali ľudia možnosť využívať zariadenia poháňané prúdom. Každý deň sa objavovalo viac a viac nových zariadení, rozvíjala sa veda, zlepšovala sa technológia. Vtedy boli všetky vynálezy považované za analógové. Slovo „analóg“ znamenalo, že zariadenie funguje analogicky s niečím. Aby to bolo jasnejšie, uvažujme o meracom zariadení. Povedzme, že potrebujete vytvoriť graf meraní; samotné namerané údaje sú známe. Prístroj najprv odvodí zo známych údajov rovnicu, ktorá popisuje správanie grafu, a potom sa pokúsi graf zostaviť. Funguje analogicky s rovnicou a prísne dodržiava jej zákony. A ako presne rovnica opisuje graf, nie je pre zariadenie dôležité. Analógové elektronické zariadenia sú teda zariadenia na zosilnenie a spracovanie analógových elektrických signálov, vyrobené na základe elektronických zariadení. Existujú dva veľké skupiny, podľa ktorého možno analógové elektronické zariadenia klasifikovať: · Zosilňovače sú zariadenia, ktoré pomocou energie zdroja energie vytvárajú nový signál, ktorý je tvarom viac-menej presnou kópiou daného, ale prevyšuje ho prúdom, napätím alebo výkonom. · Zariadenia na báze zosilňovačov sú hlavne prevodníky elektrických signálov a odporov. Prevodníky elektrického signálu ( aktívne zariadenia spracovanie analógového signálu) - sa vykonávajú na základe zosilňovačov, buď ich priamym použitím so špeciálnymi spätnoväzbovými obvodmi, alebo ich nejakou modifikáciou. Patria sem zariadenia na sčítanie, odčítanie, logaritmovanie, antilogaritmovanie, filtrovanie, detekciu, násobenie, delenie, porovnávanie atď. Odporové meniče sú vyrobené na báze zosilňovačov s spätná väzba. Môžu transformovať veľkosť, typ a povahu odporu. Používajú sa v niektorých zariadeniach na spracovanie signálu. Špeciálna trieda pozostáva zo všetkých druhov generátorov a súvisiacich zariadení. 4. Digitálne zariadenia
Digitálne sú meracie prístroje, ktoré automaticky generujú diskrétne signály meraných informácií a poskytujú údaje v digitálnej forme. Pod diskrétnepochopiť signály, ktorých hodnoty sú vyjadrené počtom N impulzov. Systém pravidiel na reprezentáciu informácií pomocou diskrétnych signálov sa nazýva kód. Diskrétne signály, na rozdiel od spojitých, majú len konečný počet hodnôt, určený zvoleným kódom. Hlavnými a povinnými funkčnými jednotkami elektronických digitálnych meracích prístrojov sú analógovo-digitálne prevodníky, v ktorých je meraný analógový, t.j. kontinuálne v čase sa fyzická veličina X automaticky prevádza na ekvivalentný digitálny kód, ako aj digitálne čítacie zariadenia, v ktorých sa prijíma kódové signály N sa skonvertujú na číselné znaky desiatková sústava notácie vhodné na vizuálne vnímanie. Digitálna forma prezentácie výsledku merania oproti analógovej urýchľuje čítanie a výrazne znižuje pravdepodobnosť subjektívnych chýb. Keďže väčšina digitálnych meracích prístrojov obsahuje predbežné analógové prevodníky určené na zmenu stupnice nameranej vstupnej hodnoty x alebo jej prevod na inú hodnotu Y = f(x), vhodnejšie pre zvolený spôsob kódovania, potom všeobecný prípad Bloková schéma zariadenia je znázornená vo forme obr. Bloková schéma digitálneho meracieho prístroja Moderné digitálne prístroje obsahujú analógovo-digitálne prevodníky schopné produkovať stovky alebo viac konverzií za sekundu, čo umožňuje zaznamenávať rýchlo sa vyskytujúce fyzikálne procesy a ľahko prepojiť výskumné objekty s počítačom. Digitálne zariadenia sú novou etapou vo vývoji technológie, ktorá pracuje s digitálnymi dátami. Pre prehľadnosť uvažujme ten istý prípad – na základe daných meraní musíte zostaviť graf. Zariadenie nevytvorí rovnicu, rozdelí graf na malé časti a na základe známych údajov vypočíta súradnice pre každý kus. Potom zariadenie podľa získaných súradníc vykreslí každý kus a vzhľadom na to, že takýchto kusov je obrovské množstvo, budú predstavovať súvislý graf. Takto funguje digitálna technológia. 5. Hlavné výhody digitálnych prístrojov oproti analógovým
Digitálny signál má vďaka svojim elektrickým vlastnostiam (ako v príklade s tónovým signálom) väčšiu kapacitu prenosu informácií ako analógový signál. Digitálny signál je tiež možné prenášať na väčšiu vzdialenosť ako analógový bez zníženia kvality prenášaného signálu. Napríklad súvislý zvukový signál vysielaný ako sekvencia 1 s a 0 s možno bezchybne zrekonštruovať za predpokladu, že prenosový šum nebol dostatočný na to, aby zabránil identifikácii 1 s a 0. Hodinu hudby je možné uložiť na CD pomocou približne 6 miliárd binárnych číslic. Platí to najmä v posledných rokoch, berúc do úvahy enormný nárast prenášaných informácií (nárast počtu televíznych a rozhlasových kanálov, nárast počtu telefónnych účastníkov, nárast počtu používateľov internetu a rýchlosti internetových liniek) . Ukladanie informácií v digitálnych systémoch je jednoduchšie ako v analógových. Odolnosť digitálnych systémov proti šumu umožňuje ukladanie a získavanie údajov bez poškodenia. V analógovom systéme môže starnutie a opotrebovanie znehodnotiť zaznamenané informácie. V digitálnom formáte, pokiaľ celkové rušenie nepresiahne určitú úroveň, informácie sa dajú obnoviť úplne presne. Digitálne systémy s riadené počítačom možno ovládať pomocou softvér, pridávanie nových funkcií bez výmeny hardvéru. Často sa to dá urobiť bez zapojenia výrobcu jednoduchou aktualizáciou softvérového produktu. Táto funkcia vám umožňuje rýchlo sa prispôsobiť meniacim sa požiadavkám. Okrem toho je možné použiť zložité algoritmy, ktoré sú v analógových systémoch nemožné alebo uskutočniteľné, ale len s veľmi vysokými nákladmi. Pri vysielaní digitálneho televízneho signálu už divák neuvidí takú vadu ako „obraz je zasnežený“, ako tomu bolo pri analógovom signáli so slabým príjmom. Pri digitálnom prenose televíznych kanálov môže byť kvalita obrazu iba dobrá, alebo ak je príjem slabý (čiže áno alebo nie), obraz nebude vôbec žiadny. Čo sa týka digitálneho prenosu telefonické rozhovory, potom tu, s dobrá kvalita Je možné prenášať šepot aj výkrik, nízke aj vysoké tóny a nezáleží na tom, v akej vzdialenosti sa telefónni účastníci nachádzajú. Digitálna technológia bola vždy lepšia ako analógová v presnosti. Porovnajme napríklad analógové a digitálne hlasové záznamníky. Ak potrebujete zaznamenať hlasové informácie, digitálne zariadenie sa s úlohou vyrovná lepšie ako analógové. To sa prejaví na kvalite záznamu. Faktom je, že analógový rekordér nereprodukuje informácie tak presne, do nahrávky sa primieša šum, zatiaľ čo digitálny rekordér nepotrebný šum odfiltruje, a preto bude zvuk vierohodnejší. Digitálna technológia je menšia. Zariadenia sú postavené na mikroobvodoch schopných vykonávať operácie sčítania a odčítania na číslach, a preto majú malú veľkosť. Na rozdiel od analógových zariadení môžu byť údaje z moderných zariadení rýchlo spracované počítačmi. Analógové dáta je samozrejme možné umiestniť aj do počítača, ten ich však bude musieť najskôr preložiť do „svojho“ digitálneho jazyka. Digitálna technológia je ekonomickejšia a vydrží dlhšie. Mikroobvody spotrebúvajú menej energie a môžu správne fungovať po dlhú dobu, zatiaľ čo mechanické zariadenia rýchlo zlyhajú. Digitálne zariadenia sa môžu pochváliť aj: · Malá chyba. Presnosť analógových prístrojov je obmedzená chybami meracích prevodníkov, samotného meracieho mechanizmu, chybami stupnice atď. · Vysoký výkon (počet meraní za jednotku času); 6. Digitálny filter
Digitálny filter - v elektronike akýkoľvek filter, ktorý spracováva digitálny signál za účelom zvýraznenia a/alebo potlačenia určitých frekvencií tohto signálu. Na rozdiel od digitálneho filtra sa analógový filter zaoberá analógovým signálom, jeho vlastnosťami nediskrétneV súlade s tým prenosová funkcia závisí od vnútorných vlastností prvkov, z ktorých pozostáva. Výhody digitálnych filtrov oproti analógovým sú: · Vysoká presnosť (presnosť analógových filtrov je obmedzená toleranciami prvkov). · Stabilita (na rozdiel od analógového filtra, prenosová funkcia nezávisí od driftu charakteristík prvkov). · Flexibilita konfigurácie, jednoduchosť zmien. · Kompaktnosť - analógový filter s veľmi nízkou frekvenciou (napríklad zlomky hertzov) by vyžadoval extrémne objemné kondenzátory alebo tlmivky. Ale sú tu aj nevýhody: · Ťažkosti pri práci s vysokofrekvenčnými signálmi. Frekvenčné pásmo je obmedzené Nyquistovou frekvenciou, ktorá sa rovná polovici vzorkovacej frekvencie signálu. Preto sa používajú analógové filtre pre vysokofrekvenčné signály, resp vysoké frekvencie neexistuje žiadny užitočný signál, najprv potláčajú vysokofrekvenčné zložky pomocou analógového filtra, potom spracujú signál digitálnym filtrom. · Náročnosť práce v reálnom čase – výpočty musia byť dokončené v rámci vzorkovacieho obdobia. · Vysoká presnosť a vysoká rýchlosť spracovania signálu vyžadujú nielen výkonný procesor ale aj dodatočné, možno drahé, Hardvér vo forme vysoko presných a rýchlych analógovo-digitálnych prevodníkov. 7. Analógovo-digitálny prevodník Typicky je to analógovo-digitálny prevodník elektronické zariadenie, prevod napätia na binárny digitálny kód. Niektoré neelektronické zariadenia s digitálnym výstupom by však mali byť tiež klasifikované ako tento typ, napríklad niektoré typy prevodníkov uhla na kód. Najjednoduchším jednobitovým binárnym prevodníkom je komparátor. Rozlíšenie ADC- minimálna zmena hodnoty analógový signál, ktorý dokáže toto zariadenie konvertovať – súvisí s jeho bitovou kapacitou. V prípade jedného merania bez zohľadnenia šumu je rozlíšenie priamo určené bitovou kapacitou prevodníka. Kapacita ADCcharakterizuje počet diskrétnych hodnôt, ktoré môže konvertor produkovať na výstupe. V binárnych zariadeniach sa meria v bitoch, v ternárnych zariadeniach sa meria v tritoch. Napríklad binárny 8-bitový prevodník je schopný produkovať 256 diskrétnych hodnôt (0...255), pretože . 8-bitový trojčlen je schopný produkovať 6561 diskrétnych hodnôt .
Frekvencia konverziezvyčajne vyjadrené v počtoch za sekundu. Moderné ADC môžu mať kapacitu až 24 bitov a rýchlosť konverzie až miliardu operácií za sekundu (samozrejme, nie súčasne). Čím vyššia je rýchlosť a bitová kapacita, tým ťažšie je získať požadované charakteristiky, tým je prevodník drahší a zložitejší. Rýchlosť prevodu a bitová hĺbka spolu určitým spôsobom súvisia a efektívnu bitovú hĺbku prevodu môžeme zvýšiť obetovaním rýchlosti. Kvantizačný šum- chyby, ktoré sa vyskytujú pri digitalizácii analógového signálu. V závislosti od typu analógovo-digitálnej konverzie môžu vzniknúť v dôsledku zaokrúhľovania (na určitú číslicu) signálu alebo skrátenia (vyradenia číslic nižšieho rádu) signálu. Aby sa zabezpečilo vzorkovanie 100 kHz sínusového signálu s chybou 1 %, musí byť čas prevodu ADC 25 ns. Súčasne s použitím takéhoto vysokorýchlostného ADC je v zásade možné vzorkovať signály so šírkou spektra asi 20 MHz. Vzorkovanie pomocou samotného zariadenia teda vedie k výraznému nesúladu medzi požiadavkami medzi rýchlosťou ADC a periódou vzorkovania. Táto odchýlka môže dosiahnuť 2...3 rády a výrazne zvyšuje náklady a zložitosť procesu vzorkovania, pretože aj pre úzkopásmové signály vyžaduje pomerne vysokorýchlostné prevodníky. Pre pomerne širokú triedu rýchlo sa meniacich signálov je tento problém vyriešený použitím zariadení typu sample-and-hold, ktoré majú krátky čas clony. 8. Digitálne a analógové kopírovanie
Od konca 90. rokov sa trh s veľkoformátovými kopírkami a inžinierske systémy Existuje jasný trend prechodu z analógovej na digitálnu technológiu. V súčasnosti väčšina výrobcov upravila svoj produktový rad. Mnohé z nich úplne opustili výrobu analógových kopírok. Trend smerom k digitálnym technológiám je úplne pochopiteľný. Po prvé, mnohé podniky, ktoré chcú držať krok s dobou a byť konkurencieschopné, riešia problém prenosu toku dokumentov do elektronický pohľad. Po druhé, zvyšujú sa požiadavky na kvalitu dokumentov, čo určuje imidž podniku v očiach partnerov a zákazníkov. V tomto ohľade má multifunkčná digitálna technológia významné výhody oproti analógovej technológii, predovšetkým kvôli samotným princípom digitálneho a analógového kopírovania. Výhody: · Možnosť pripojenia k počítaču · Digitálna technika dokáže nielen kopírovať dokumenty, ale aj tlačiť súbory z počítača, ako aj skenovať originály a prevádzať ich do elektronickej podoby, napríklad na uloženie do elektronického archívu. Analógové zariadenia môžu iba kopírovať. · Kvalita kopírovania · Digitálna technológia umožňuje získať viac kópií Vysoká kvalita, pretože súbor naskenovaný do pamäte zariadenia možno digitálne spracovať. Najužitočnejšie využitie tejto funkcie je vyčistiť pozadie pri kopírovaní plánov. Digitálne fotoaparáty navyše podporujú fotografický režim a oveľa lepšie vykresľujú odtiene sivej a poltóny. Pri kopírovaní farebných obrázkov dokážu digitálne stroje rozlíšiť medzi rôznymi farbami tým, že ich vytlačia v rôznych odtieňoch sivej. · Digitálna technológia navyše nepoužíva optiku, ktorá prenáša svetlo odrazené od originálu na fotobubon. Táto optika pre analógové zariadenia vyžaduje pravidelnú údržbu, pretože zachytáva prach, čo tiež ovplyvňuje kvalitu výtlačkov. · Široká funkčnosť · Digitálne spracovanie originálu umožňuje nielen zlepšiť kvalitu kópií, ale aj transformovať originál, napríklad škálovať, aplikovať inverziu, negatív atď. · Spoľahlivosť · Vyššia spoľahlivosť digitálnej techniky je spojená nielen s absenciou optiky a podsvietenia, ktorú je potrebné pravidelne meniť, ale aj s iným spôsobom replikácie. Pri tlači na analógovom stroji sa originál musí nielen vytiahnuť v smere skenovania, ale musí sa pred ďalšou kópiou aj vrátiť do pôvodnej polohy. Digitálne zariadenie podáva originál raz, zapamätá si ho a potom vytvára kópie, pričom kópie tlačí z pamäte. 9. Digitálne a analógové hudobné zariadenia
Už dávno, v našej dobe digitálnych technológií, sme prestali myslieť na to, aké pohodlnejšie sú digitálne hardvérové zdroje v porovnaní s analógovými. V zásade, keď sa prechod z analógového na digitálne zariadenie len začínal, veľa sa diskutovalo na tému jednoduchosti použitia, technických výhod a naopak nevýhod digitálneho oproti analógovému. Ale teraz z času na čas stále vyvstáva táto otázka rôzne situácie, a to ako v rôznych nahrávacích štúdiách, tak aj v kluboch. Aké sú výhody digitálneho zariadenia v porovnaní s analógovým a v čom je digitálne zariadenie horšie ako staršie modely? Najprv si stručne povedzme o princípoch, na ktorých je založená digitalizácia zvuku. Na konverziu analógového zvuku na digitálny existujú analógovo-digitálne prevodníky; práve tieto zariadenia sú schopné konvertovať súvislý analógový signál na sekvenciu jednotlivých čísel, to znamená, že ho robia diskrétnym. Prevod prebieha nasledovne: digitálne zariadenie meria amplitúdu analógového signálu mnohokrát za sekundu a výsledky týchto meraní poskytuje priamo vo forme čísel. Zároveň výsledok merania nie je presným analógom spojitého elektrického signálu. Úplnosť zhody závisí od počtu meraní a ich presnosti. Frekvencia meraní sa nazýva vzorkovacia frekvencia a presnosť meraní amplitúdy udáva počet bitov použitých na označenie výsledku merania. Tento parameter je bitová hĺbka. Konverzia analógového signálu na digitálny signál teda pozostáva z dvoch fáz: diskreditovaťpodľa času a kvantovanie(vyrovnanie) v amplitúde. Diskreditácia podľa času znamená, že signál je reprezentovaný sériou jeho meraní (vzoriek), odoberaných v rovnakých časových intervaloch. Napríklad, keď povieme, že vzorkovacia frekvencia (bežnejšie nazývaná vzorkovacia frekvencia) je 44,1 kHz, znamená to, že signál je vzorkovaný 44 100-krát za sekundu. Hlavnou otázkou v prvej fáze prevodu analógového signálu na digitálny (digitalizácia) je spravidla výber frekvencie analógového signálu, pretože od toho priamo závisí kvalita výsledku prevodu. Predpokladá sa, že rozsah frekvencií, ktoré človek počuje, je od 20 do 20 000 Hz, a aby sa analógový signál dal presne zrekonštruovať z jeho vzoriek, musí byť frekvencia diskreditácie aspoň dvojnásobkom maximálnej zvukovej frekvencie. Ak teda skutočný analógový signál, ktorý bude následne prevedený do digitálnej formy, obsahuje frekvenčné zložky od 0 kHz do 20 kHz, potom vzorkovacia frekvencia takéhoto signálu nesmie byť menšia ako 40 kHz. Počas procesu diskreditácie prechádza frekvenčné spektrum analógového zvuku veľmi významnými zmenami. Po zdiskreditovaní je relatívne nízkofrekvenčný pôvodný analógový signál sekvenčným časovým radom veľmi úzkych impulzov s rôznymi amplitúdami a s veľmi širokým spektrom až niekoľko megahertzov. Preto je spektrum zdiskreditovaného signálu oveľa širšie ako spektrum pôvodného analógového signálu. Z toho vyplýva záver: najvhodnejšia digitalizácia nastáva dňa zvýšená frekvencia zdiskreditované a s vysokou bitovou hĺbkou. Princípy činnosti analógových zariadení sú založené na spojitosti signálu v elektrickom obvode. Dôvodom prechodu výrobných technológií z analógovej na digitálnu bola predovšetkým potreba zlepšiť kvalitu zvuku, ukladanie a automatizáciu pracovného procesu. Zároveň je však v dôsledku kompresie pôvodného signálu po procese digitalizácie CD v celkovej kvalite zvuku horšie ako vinyl, pretože frekvenčný rozsah pôvodného signálu počas analógového nahrávania neprechádza prakticky žiadnymi zmenami (ako pri redukcii šumu , to závisí aj od ihiel na hráčoch) . Preto profesionáli uprednostňujú zvuk vinylu pred CD. 10. Nevýhody digitálnych zariadení
Ešte pár slov by som chcel venovať nevýhodám digitálnych technológií, ktoré môžu byť pri hromadnej výrobe veľmi dôležité. V niektorých prípadoch digitálnych obvodov spotrebúvajú viac energie ako analógové na vykonanie rovnakej úlohy, pričom generujú viac tepla, čo zvyšuje zložitosť obvodu, napríklad pridaním chladiča. To môže obmedziť ich použitie v prenosných zariadeniach napájaných z batérie. Napríklad, Mobilné telefónyčasto používajú analógové rozhranie s nízkym výkonom na zosilnenie a naladenie rádiových signálov zo základňovej stanice. Základňová stanica však môže využívať energeticky náročný, ale vysoko flexibilný softvérovo definovaný rádiový systém. Takéto základňové stanice možno ľahko preprogramovať na spracovanie signálov používaných v nových štandardoch mobilnej komunikácie. Digitálne obvody sú niekedy drahšie ako analógové. Je tiež možné stratiť informácie pri konverzii analógového signálu na digitálny. Matematicky možno tento jav opísať ako chybu zaokrúhľovania. V niektorých systémoch môže strata alebo poškodenie jedného kusu digitálnych údajov úplne zmeniť význam veľkých blokov údajov. Bibliografia analógové digitálne signálne zariadenie 1. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design. V 3 zväzkoch: T. 2. Prel. z angličtiny - 4. vydanie, prepracované. a dodatočné - M.: Mir, 1993. - 371 s. Hanzel G.E. Príručka na výpočet filtrov. USA, 1969. / Prel. z angličtiny, vyd. A.E. Znamensky. M.: Sov. rozhlas, 1974. - 288 s. . "Digitálne spracovanie signálu". L.M. Goldenberg, B.D. Matyushkin - M.: Rádio a komunikácia, 1985 Biryukov S.A. Digitálne zariadenia na integrovaných obvodoch MOS / Biryukov S.A.-M.: Radio and communications, 2007.-129 s.: ill. - (Hromadná rozhlasová knižnica; číslo 1132). Gorbačov G.N. Chaplygin E.E. Priemyselná elektronika / Ed. Prednášal prof. V.A. Labuntsová. - M.: Energoatomizdat, 1988. Shkritek P. Referenčná príručka k audio obvodom: Preklad. z nemčiny-M. Mir, 1991. - 446 s.: ill. Shilo V.L. Populárne digitálne mikroobvody: Adresár / Shilo V.L.-M.: Metalurgia, 2008.-349 s. - (Hromadná rozhlasová knižnica; číslo 1111). Goldenberg L.M. Pulzné a digitálne prístroje: Učebnica pre vysoké školy / Goldenberg L.M.-M.: Komunikácia, 2009.-495 s.: ill..-Bibliografia: s. 494-495. Bukreev I.N. Mikroelektronické obvody digitálnych zariadení / Bukreev I.N., Mansurov B.M., Goryachev V.I. - 2. vyd., revidované. a doplnkové..-M.: Sov. rozhlas, 2008.-368 s.
Pri meraní časovo premenných veličín hrá dôležitú úlohu výkon. Ak indikačné priority nevyžadujú vysokú rýchlosť, keďže možnosti operátora, ktorý s nimi pracuje, sú obmedzené, potom naopak požiadavka na rýchlosť nadobúda význam pri spracovaní informácií pomocou počítačov, ku ktorým sú často pripojené digitálne zariadenia.
· Absencia subjektívnej chyby pri čítaní výsledku merania - subjektívne chyby spojené s charakteristikami ľudského videnia v dôsledku paralaxy v dôsledku rozlišovacej schopnosti oka.
Zdravím vás, milí priatelia, kolegovia a partneri!
„Ktoré tenzometre sú lepšie – digitálne alebo analógové? A pre koho sú lepšie?
Tieto otázky počúvam v poslednej dobe čoraz častejšie. A odpovede na ne majú čoraz častejšie opačné významy – to niekto dokazuje digitálnych senzorov- to je všeliek na všetky problémy pri prevádzke váh, iné sú naopak ich zdrojom.
V radoch diskutujúcich možno identifikovať niekoľko hlavných zainteresovaných skupín špecialistov, ktorí zabezpečujú rôzne štádiá životný cyklus vážiace systémy:
- vývojári, výrobcovia a predajcovia snímačov a iných komponentov váh;
- samotní vývojári, výrobcovia a predajcovia váh a vážiacich systémov vo všeobecnosti;
- zamestnanci metrologických stredísk;
- špecialisti z opravárenských organizácií;
- spotrebitelia-kupcovia váh.
Každodenný kontakt so všetkými uvedenými skupinami špecialistov, ako aj obchodný model podniku, ktorý riadim a ktorý súčasne vykonáva obchodné, inovačné, dizajnérske, výrobné a prevádzkové aktivity, ma núti neustále vystupovať a obhajovať záujmy jedného. alebo iná skupina.
V tomto článku sa pokúsim opísať hlavné črty použitia analógových a digitálnych senzorov s minimálnym možným počtom odborných výrazov a komplikovaných technických informácií.
Ale skôr, než začneme popisovať všetky pre a proti, poďme najprv v zjednodušenej forme pochopiť princíp fungovania váh s analógovými a digitálne tenzometre.
Zvyčajne pri použití analógové senzory Používa sa nasledujúca schéma zapojenia (zjednodušená verzia na príklade automobilových alebo kočiarových váh):
Schéma 1: Pripojenie analógových snímačov zaťaženia v nákladných váhach.
Informácie od analógové tenzometre prechádza káblom do pripojovacej svorkovnice. Spravidla sú v krabici inštalované presné rezistory, ktoré vyrovnávajú citlivosti každého snímača a ich analógový súčet. Potom celkový signál vstupuje do indikátora hmotnosti, kde je signál digitalizovaný pomocou analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Rovnaký indikátor má program na kalibráciu váhy, ktorý priraďuje digitálny kód k hodnotám v jednotkách hmotnosti (kg, gramy, tony atď.)
Zjednodušená štruktúra vážiaceho systému s digitálnymi snímačmi je uvedená nižšie:
Schéma 2: Pripojenie digitálnych snímačov zaťaženia v nákladných váhach.
Pri použití digitálnych tenzometrov prebieha meranie presne rovnakým spôsobom ako pri použití analógových. Jediný rozdiel je v tom, že k digitalizácii nedochádza v indikátore hmotnosti, ale v každom snímači samostatne a potom sa digitálny kód prenesie do spojovacej skrinky a do indikátora hmotnosti alebo počítača. Ak sa nepoužíva indikátor hmotnosti, potom sa systém nakalibruje a výsledky sa vizualizujú pomocou špeciálneho softvéru v počítači.
Teraz sa pozrime krok za krokom na hlavné rozdiely medzi používaním digitálnych a analógových tenzometrov a v dôsledku toho na ich výhody a nevýhody.
1. Spôsob prenosu údajov z tenzometra do systému (rozdiel medzi digitálnym signálom a analógovým signálom).
Rozdiel medzi spôsobmi prenosu signálov analógovými a digitálnymi tenzometrami do vážiaceho systému je nasledovný.
Tu samozrejme víťazia digitálne snímače nad analógovými. Digitálny signál je možné prenášať na vzdialenosť 1000 - 1200 metrov bez výrazného zhoršenia kvality, na rozdiel od analógového: až do 200 metrov. Tu sa stačí rozhodnúť, či potrebujete takú vzdialenosť od snímačov k vážiacemu terminálu?!
3. Pri výmene digitálnych snímačov zaťaženia nie je potrebná kalibrácia a overenie váh. Je to tak?
Áno a nie! To znamená, že teoreticky môžete zmeniť digitálny snímač a poznať určité kalibračné koeficienty (informácie o prevodných charakteristikách zo sprievodnej dokumentácie k snímaču) ich zaregistrovať vo váhovom zariadení. To stačí na obnovenie funkčnosti váhy. Váhy budú fungovať, mieria do strednej triedy presnosti. Ale bez kalibrácie váh s referenčným závažím je práca na takýchto váhach nezákonná (podľa existujúcich technických predpisov a GOST). Všetky počty snímačov inštalovaných v automobilových váhach sú zaznamenané v pase, do ktorého overovateľ vloží svoj podpis a pečať, čo naznačuje, že váhy zodpovedajú priemernej triede presnosti a sú pripravené na použitie.
A pri výmene niektorého zo snímačov je potrebné pozvať metrológa (overovateľa) so štandardnou záťažou a váhy prekalibrovať. A potom vykonajte zmeny v pase pre váhy a zapíšte si nové číslo nainštalovaného snímača.
4. Ktoré tenzometre sú presnejšie, digitálne alebo analógové?
Toto je na začiatok nesprávna otázka. Presnosť snímačov hmotnosti, ako aj váh vo všeobecnosti, je určená medzami dovolených absolútnych chýb merania vyjadrenými v jednotkách hmotnosti až po e - hodnotu overovacieho dielika. A nezáleží na tom, či je snímač analógový alebo digitálny.
Presnosť snímačov je vyjadrená triedou presnosti (podľa OIML ide o C2, C3, C4, C5) a je určená úrovňou vývoja, technologickými a metrologickými možnosťami podniku - výrobcu snímačov.
To znamená, že presnosť digitálnych a analógových snímačov je rovnaká za predpokladu, že tieto snímače majú rovnakú triedu presnosti.
5. V akých systémoch môžete vidieť hodnoty každého snímača samostatne? A prečo je to tak?
Ako som písal vyššie, informácie z analógových tenzometrov sa digitalizujú až po ich zhrnutí v spojovacej skrinke. To znamená, že nemôžeme získať digitálne údaje z každého senzora. Digitálny kód a následne hmotnosť vidíme zo všetkých snímačov a nie z každého zvlášť. V digitálnych snímačoch je signál okamžite digitalizovaný v tenzometri, to znamená, že dostávame údaje z každého snímača.
Prečo je to potrebné? Ak je potrebné porovnávať alebo analyzovať hodnoty hmotnosti z každého tenzometra, napríklad vo váhe pre povoz alebo pre nákladné auto na určenie ťažiska alebo dokonca zaťaženia vozíka, analógové snímače bez prídavných zariadení pre nás nie sú vhodné.
6. Zameniteľnosť tenzometrov rôznych výrobcov a prácu s rôznymi indikátormi hmotnosti.
V súčasnosti neexistujú žiadne vymeniteľné digitálne snímače zaťaženia od rôznych výrobcov. Vzhľadom na zameniteľnosť snímačov od rôznych výrobcov sú výhodnejšie analógové snímače.
Digitálny snímač zaťaženia a rôzni výrobcovia majú svoje vlastné protokoly výmeny dát, preto pri výmene je potrebné vymeniť snímač len za rovnaký. A tieto senzory fungujú iba s vlastným digitálnym indikátorom alebo softvérom „OWN“.
V analógových systémoch je všetko oveľa jednotnejšie. Nielen, že sú snímače od takmer všetkých známych svetových výrobcov zameniteľné, ale možno s nimi použiť vážiace zariadenie od akéhokoľvek výrobcu, pokiaľ spĺňa technické špecifikácie.
7. Ktoré tenzometre sú spoľahlivejšie: analógové alebo digitálne?
Všetci vieme, že čím menej prvkov v systéme, tým menšia je pravdepodobnosť zlyhania. Prítomnosť prídavnej elektronickej dosky v dizajne digitálneho snímača potenciálne znižuje jeho spoľahlivosť.
Spoľahlivosť elektronických komponentov vstavaných analógovo-digitálnych a procesorových prvkov v porovnaní s prevádzkovou spoľahlivosťou elastických prvkov, tenzometrických štruktúr a elektronické dosky nastavenia analógových snímačov sú výrazne vyššie.
Preto je potrebné uznať, že spoľahlivosť analógových a digitálnych snímačov je „približne“ rovnaká, napriek tomu, že digitálne snímače využívajú viac elektronických komponentov.
8. Cena.
Všetky spoločnosti spravidla tvrdia, že cena digitálnych snímačov je vyššia ako analógových. A všetky majú takmer pravdu. Presnejšie, trochu nesprávne. Ak porovnáte náklady na analógový snímač od nemeckého alebo amerického výrobcu s digitálnym snímačom od čínskeho výrobcu, potom je vysoká pravdepodobnosť, že digitálny snímač od čínskeho výrobcu je lacnejší. A to vôbec neznamená, že je horší. To je ovplyvnené ďalšími faktormi, ktoré sú popísané v.
Ak porovnáte náklady na analógové a digitálne snímače od rovnakého výrobcu, potom bude digitálny samozrejme drahší.
V tomto bode chcem spojiť niekoľko výhod digitálnych snímačov, ako napríklad:
9. Jednoduché nastavenie váhy, diagnostika porúch a servis.
Poďme sa striedať. Začnime tým, že inštalácia tenzometrov do váh prebieha rovnakým spôsobom, pretože celkové rozmery toho istého modelu sú rovnaké. Práve nastavenie samotných váh sa líši.
Ako sa to stane? Prvá vec, ktorú musíte urobiť po inštalácii všetkých snímačov, je takzvané „zarovnanie rohov“. Ako som už napísal, v analógových snímačoch sa to deje pomocou rezistorov v pripojovacej sčítacej skrinke. Zmenou odporu jedného z rezistorov privedieme systém k rovnakým údajom. (to sa robí tak, že kdekoľvek je náklad na plošine, indikátory sú rovnaké). V digitálnych snímačoch sa takéto nastavenie vykonáva pomocou špeciálnych koeficientov, ktoré nastavovač zadáva do pamäte indikátora hmotnosti. To je všetko. Toto je presne ten rozdiel.
Čo sa týka diagnostiky šupín. S digitálnymi snímačmi je to veľmi jednoduché. Samotné vážiace zariadenie „ukáže“, ktorý senzor zlyhal, pretože neustále zisťuje funkčnosť každého senzora (tzv. „autodiagnostika“).
Ak zlyhá analógový snímač, bude potrebné poruchu určiť odpojením jedného snímača od spojovacej skrinky. Alebo zakážte všetko a diagnostikujte ich jeden po druhom. Ale spravidla ani táto zložitosť postupu nezaberie špecialistovi viac ako pol hodiny.
Servis alebo výmena poškodeného snímača je rovnaká. Rozdiel je v tom, že pri použití analógového snímača bude potrebné systém opäť „upraviť“ pomocou rezistorov, ako som písal vyššie. V digitálnej podobe – zadajte koeficient znova. A potom bude potrebné overiť váhy bez ohľadu na typ snímača.
Mnohí tiež tvrdia, že ak zlyhá jeden digitálny snímač, autováha bude fungovať aj naďalej. Samozrejme bude, ale ani jeden sebavedomý výrobca alebo metrológ neprevezme zodpovednosť za tvrdenie, že systém funguje bez dodatočných chýb. Táto chyba závisí predovšetkým od umiestnenia nákladu na vážiacej plošine. A ak väčšina hmotnosti tohto nákladu pripadá na nefunkčný snímač, chyba sa môže výrazne zvýšiť.
Poďme si teraz stručne zobraziť rozdiely medzi analógovými a digitálnymi tenzometrami v tabuľke.
|
Kritérium |
Analógové tenzometre |
Digitálne tenzometre |
|
Imunita proti hluku |
Dobré do 200m |
Dobré do 1200 metrov |
|
Vzdialenosť od váhy k zariadeniu |
Až 1200 metrov |
|
|
Kalibrácia váhy pri výmene snímača |
Požadovaný |
Požadovaný |
|
Presnosť |
Určené triedou presnosti (Podľa OIML C2, C3, C4, C5...) |
|
|
Schopnosť „vidieť hmotnosť“ z každého senzora |
Žiadna možnosť |
Existuje možnosť |
|
Zameniteľnosť |
Snímače zaťaženia od rôznych výrobcov sú zameniteľné a je možná práca s rôznymi indikátormi hmotnosti. |
Snímače sú zameniteľné len s rovnakými. Pracujte len s váhami od rovnakého výrobcu. |
|
Spoľahlivosť |
Približne to isté, ale má jednoduchšiu štruktúru |
Približne to isté, ale má zložitejšiu štruktúru |
|
Nižšie pri porovnaní rovnakého výrobcu |
Vyššie, pri porovnaní rovnakého výrobcu |
|
|
Jednoduché nastavenie váhy, diagnostika porúch a servis |
Menej pohodlné |
Pohodlnejšie |
výsledok:
Samozrejme, z hľadiska jednoduchosti diagnostiky, konfigurácie a údržby sú digitálne snímače lepšie a vhodnejšie na použitie. Ale je to lepšie a výhodnejšie pre výrobcu a organizácie na opravu a údržbu.
Pre spotrebiteľov (kupujúcich) elektronické váhy Pri použití digitálnych snímačov v váhach v porovnaní s analógovými neexistujú žiadne zjavné výhody.
Hlavná výhoda analógové senzory:
Cenová výhoda. Pri vytváraní váh a výmene analógových snímačov pri poruchách (blesk, preťaženie...) je ich použitie výhodnejšie.
Jasné dve výhody digitálne tenzometre:
- určenie nielen celkovej hmotnosti váženého tovaru, ale aj jeho rozloženia(rozdiel v zaťažení podvozkov železničného vozňa, určenie polohy posunutia ťažiska a pod.). Pri budovaní takýchto váhových systémov pomocou digitálnych snímačov je možné poznať informácie o aktuálnom zaťažení každého snímača zvlášť.
- prenos informácií zo senzorov do elektronických spracovateľských zariadení na vzdialenosť až 1200 m. Je to spôsobené tým, že digitálnych kanálov prenos informácií z hľadiska zachovania presnosti vlastností signálu je efektívnejší.
A na záver je potrebné zvážiť hybridné analógovo-digitálne systémy, ktoré pri použití analógových snímačov umožňujú prijímať informačné toky z každého jednotlivého snímača a v prípade potreby organizovať digitálne kanály na prenos informácií v mierkach. Štrukturálne diagramy transformácie v takýchto systémoch možno znázorniť takto:
Schéma 3: Pripojenie analógových tenzometrov cez 8-kanálový ADC.
Schéma 4: Pripojenie analógových tenzometrov cez 8-kanálový ADC zabudovaný do indikátora hmotnosti.
Implementácia takýchto štruktúrnych transformácií je možná pomocou viackanálových analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC). Konštrukčne nie sú kombinované so snímačmi a môžu byť umiestnené buď v digitálnom indikátore váženia, pričom informácie z každého senzora do indikátora sa prenášajú v analógovej forme, alebo priamo vedľa senzorov (napríklad pod platformou na príjem hmotnosti). , pričom informácie sa do vážiaceho systému prenášajú v digitálnej forme .
Týmto spôsobom môžete získať výhody systémov využívajúcich digitálne tenzometre aj analógové.
Dúfam, že moje úvahy doplnia vaše predstavy o moderných schémach konštrukcie vážiacich tenzometrických systémov a budú pre vás užitočné v praxi!
Mnoho ďalších zaujímavé články Tenzometre a ich aplikácie si môžete pozrieť na našej stránke v sekcii ČLÁNKY.
generálny riaditeľ skupina spoločností "World of Libra" (Ukrajina),
generálny riaditeľ ZEMIK CIS LLC (Rusko),