Układy elektroniczne i technika pomiarowa/Moduł 13: Różnice pomiędzy wersjami
Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Nie podano opisu zmian |
|||
Linia 115: | Linia 115: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd13.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd13.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Analiza sygnału w dziedzinie częstotliwości polega na wyodrębnieniu poszczególnych składowych sygnału i zobrazowaniu ich amplitudy w funkcji częstotliwości. Koncepcję urządzenia realizującego takie operacje przedstawiono na rysunku. | ||
Pasma przepustowe filtrów wejściowych pokrywają przedział częstotliwości od 0 Hz do pewnej częstotliwości fmax wyznaczającej zakres przetwarzania. Przetworniki w postaci detektorów wartości szczytowej sygnału przetwarzają amplitudy składowych sygnału na wartości stałe rejestrowane w pamięci przyrządu lub zobrazowane bezpośrednio na urządzeniu odczytowym. Pomiar lub rejestracja wartości sygnałów odpowiadających poszczególnym harmonicznym wymaga zastosowania dużej liczby filtrów o wąskim paśmie przepustowym BW (składowe o częstotliwościach zawierających się w paśmie danego filtru są nierozróżnialne). | |||
|} | |} | ||
Linia 121: | Linia 123: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd14.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd14.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Rozwinięcie koncepcji przedstawionej na rysunku polega na: realizacji filtrów na drodze obliczeniowej, zastosowaniu jednego filtru o przestrajanym paśmie lub przemianie częstotliwości badanego sygnału w taki sposób, aby kolejne harmoniczne tego sygnału znalazły się w określonym paśmie przepustowym jednego filtru. | ||
|} | |} | ||
Linia 127: | Linia 129: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd15.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd15.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Zależności opisujące prostą i odwrotną Dyskretną Transformatę Fouriera są dość skomplikowane i jak się okazuje wymagają dużego nakładu czasu do wyznaczenia jej w sposób numeryczny. W związku z tym przez szereg lat prowadzone były badania nad opracowanie szybkiego algorytmu numerycznego. Uwieńczeniem ich jest algorytm tzw. Szybkiej Transformaty Fouriera (STF, lub bardziej powszechnie używany skrót zaczerpnięty z jęz. angielskiego: FFT - Fast Fourier Transform). Algorytm ten wydatnie skraca czas niezbędny na obliczenia numeryczne. Wszystkie obecnie budowane cyfrowe analizatory widma wykorzystują do obliczeń różne odmiany pierwotnej wersji algorytmu FFT. | ||
Strukturę takiego analizatora przedstawiono na rysunku. | |||
Podstawowe znaczenie dla prawidłowej analizy ma relacja między pasmem badanego sygnału a częstotliwością próbkowania fs. Zadaniem filtru dolnoprzepustowego (tzw. filtru antyaliasingowego) na wejściu układu jest ograniczenie pasma sygnału do wartości umożliwiającej spełnienie twierdzenia o próbkowaniu. Problemem przy analizie widmowej jest rozdzielczość w dziedzinie częstotliwości. Jeżeli zbiór danych do analizy składa się z N próbek sygnału, a częstotliwość próbkowania wynosiła fs , to analizator wyznaczy wartości amplitud harmonicznych o częstotliwościach 0, fs/N, 2fs/N itd., co wcale nie musi odpowiadać rzeczywistym wartościom częstotliwości harmonicznych. W powyższym przypadku odstęp na osi częstotliwości wyniesie fs/N, z czego wynika, że aby poprawić rozdzielczość czyli dokładność zobrazowania widma należy zwiększyć liczbę próbek lub zmniejszyć częstotliwość próbkowania. Wzrost liczby próbek zwiększa nakłady obliczeniowe, wydłuża czas obliczeń i wymusza przechowywanie większej liczby danych. Z kolei zmniejszenie częstotliwości próbkowania może spowodować powstanie aliasingu. Z każdą zmianą częstotliwości próbkowania powinna ulegać zmianie charakterystyka filtru wejściowego. W praktyce filtr ma niezmienną charakterystykę, a analizator próbkuje z maksymalną częstotliwością. Proces zmniejszania częstotliwości próbkowania jest realizowany metodą decymacji ciągu próbek wejściowych, tzn. wybierania do analizy co n-tej próbki, a zerowaniu pozostałych. Taka technika poprawia rozdzielczość, ale przy ograniczeniu pasma sygnałów wejściowych. Rozwiązaniem umożliwiającym poprawę rozdzielczości w dowolnym paśmie jest transformacja (przesunięcie) pasma badanego sygnału metodą mieszania tego sygnału z sygnałem z lokalnego generatora (przetwarzanie heterodynowe). Mieszanie sygnałów jest fizycznie realizowane przez układ mnożący. Jeżeli na wejścia układu mnożącego zostaną podane sygnały o częstotliwościach f1 i f2 , to na wyjściu pojawi się sygnał zawierający składowe o częstotliwościach f1 + f2 i f1 - f2. Składową sumacyjną eliminuje się za pomocą filtru dolnoprzepustowego i dalszemu przetwarzaniu podlega składowa różnicowa. Wynik przetwarzania lub pomiaru musi być przeskalowany na pasmo odpowiadające rzeczywistej częstotliwości badanego sygnału. Analizatory FFT pozwalają na badanie sygnałów w paśmie do kilkuset kHz. Technika transformacji pasma stanowi podstawę działania analizatorów działających w paśmie częstotliwości radiowych. | |||
|} | |} | ||
Linia 145: | Linia 150: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd18.png]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:UETP_M13_Slajd18.png]] | ||
|valign="top"| | |valign="top"|Technika transformacji pasma stanowi podstawę działania analizatorów działających w paśmie częstotliwości radiowych. Strukturę takiego analizatora przedstawiono na rys. 11. | ||
Idea działania układu mnożącego została wyżej przedstawiona. Zastosowany w układzie filtr częstotliwości pośredniej ma stałą charakterystykę natomiast zmianie ulega częstotliwość generatora lokalnego. W układach analogowych ten generator jest generatorem VCO sterowanym napięciem narastającym liniowo, natomiast w układach cyfrowych generator działa na zasadzie bezpośredniej syntezy częstotliwości (próbki sygnału zapisane w pamięci i wyprowadzane pod kontrolą procesora). | |||
|} | |} | ||
Wersja z 22:12, 29 wrz 2006
wersja beta
Moduł 13 - Metody i przyrządy do analizy sygnałów
![]() |
![]() |
opis |
Oscyloskopy
![]() |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
Analizatory widma
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |
![]() |
opis |