5.2. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ. МЕТОДЫ ЕЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ

Измерительная информация - это сообщения о значениях измеряемых величин. Они вьфажаются и передаются от одних устройств к другим в виде сигналов, образуемых путем .модуляции (изменения параметров) какого-либо носителя. Ограничимся рассмотрением электрических сигналов. Носителями для них могут служить постоянный ток, переменный синусоидальный ток (или напряжение), импульсный ток.

Постоянный ток имеет только один параметр - ток (или напряжение), тюзтому модуляция постоянного тока состоит в изменении тока (напряжения). Обычно значение измеряемой величины х меняется во времени и представляет собой некоторую функцию x{t). Как правило, значение напряжения при модуляции изменяют по линейному закону в функции х(Г), так что модулированный сигнал выражается соотнощением

ujt) = Uo + kx{t), . (5.1)

где Uo - значение несущего напряжения до модуляции; к - коэффитщент.

Частным случаем является изменение напряжения, пропорциональное функции x{t), при котором J7o = 0.

При модуляции постоянного тока (напряжения) частотный спектр сигнала (/) имеет такую же форму и такой же частотный диапазон, как и спектр исходного сообщения х {t), отличаясь от него только коэффициентом. Коэффициент может иметь различные размерности. Разумеется, модулированный сигнал Uy. (г), в отличие от носителя, не является сигналом постоянного тока..

Племенное синусоидальное напряжение

и о (О = UQnicoot + Po) (5.2)

характеризуется тремя параметрами: амплитудой U, круговой частотой cjo и начальной фазой tpo.

Формула (5.2) отражает закон изменения носителя сообщений до начала модуляции. Соответственно параметры до модуляции даны с индексами О (нуль). Модуляции может подвергаться любой из трех параметров, а также два или три параметра одновременно. Как правило, модулируемый параметр связан со значением измеряемой величины X линейной зависимостью. Следует заметить, что если х меняется во времени, то модулированный сигнал, в отличие от носителя Мо (.0. не является синусоидальным.

Рис. 5.2

Амюштудная модуляция заключается в изменении амплитуды по закону

При этом сигнал описывается выражением

(5.3)

Козффихщент к выбирается таким образом, чтобы при всех возможных отрицательных значенияхх соблюдалось условие > 0.

На рис. 5.2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс амплитудной модуляции: рис. 5.2,а - функхщя x{t)\ рис. 5.2,6 - носитель Mq (); рис. 5.2,в - модулированный сигнал ы(). Огибающая сигналам (О, показанная пунктиром на диаграмме рис. 5.2,в, повторяет по форме функцию х {t) (диаграмма рис. 5.2,а).

Амплитудный модулятор можно представить в виде усилителя У с управляемым коэффициентом усиления ку (рис. 5.3,а). На один вход его подается несущее колебание Wo() от синусоидального генератора, а на другой вход, управляющий коэффициентом усиления, - величина, линейно связанная с сообщением х {t), например сигнал {t) вцца (5.1), образованный модуляцией постоянного напряжения.

Восстановить сигнал вида (5.1) из сигнала ввда (5.3) можно с помощью амплитудного демодулятора (рис. 5.3,6), представляющего собой сочетание вьтрямителя В с фильтром нижних частот ФНЧ, который сглаживает колебания частоты соо и близких к ней частот, но

Регулиробка

Puc. 5.3

пропускает более медленные колебания, соответствующие спектру частот функции х (г). Сигнал на выходе пропорционален щ {t).

Возникает вопрос: зачем нужно грименять модуляцию синусоидального колебания и последующую демодулятщю, если гораздо проще представлять сообщения путем модуляции постоянного напряжения? Ответ заключается в том, что модуляция синусоидального колебания позволяет перенести спектр частот сигнала в требуемую область. А это бывает необходимо в ряде случаев:

а) когда данная проводная линия используется для одновременной передачи нескольких сообщений вида x{t) от разных источников, причем эти сообщения имеют взаимно перекрьюающиеся частотные спектры; при зтом модуляция несущих колебаний, имеющих разные значения частоты соо> позволяет разнести спектры сигналов;

б) когда в линии или в устройствах, через которые передается сообщение, диапазон частот, соответствующих спектру функции x{t), занят сильными помехами, а в области более высоких частот помехи слабее;

в) когда среда, используемая для передачи сообщений, физически не может переносить сигналы низких частот, соответствующих спектру функции x{t), но переносит сигналы более высоких частот; зто характерно для радиоканалов.

Изменение спектра сигнала при амплитудной модуляции удобно рассмотреть на простешпем 1фимере, когда сообщение представляет собой одночастотный сигнал, т. е. синусоиду

х(0 = ътШ.

Примем значение коэффициента к в (5.3) таким, что кХ = Uq, а значение начальной фазы vo ~ 0. Тогда модулированный сигнал

u(t) = Uil + sinf2r)ancJo = [sincoo + + (l/2)cos(coo - П)Г - (l/2)cos(coo + t\.

HonjieHHoe вьфажение показывает, что модулированный сигнал представляет собой алгебраическую сумму трех гармоник. Следова-