Аналого-цифрове перетворення.

Визначення.

З погляду функціонального призначення цифрові засоби вимірювальної техніки розділяються на аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), цифрові вимірювальні прилади та цифрові вимірювальні системи. В аналого-цифровому перетворювачі здійснюються три базові операції над вхідною величиною: її часова дискретизація, квантування за рівнем і кодування отриманих квантованих значень. АЦП не мають відлікових і (або) реєструвальних пристроїв і є базовою частиною складніших приладів або вимірювально-обчислювальних систем. ЦАП призначені для зворотного перетворення кодових сигналів в пропорційні їм аналогові (напругу, струм, кут, тощо). Вони застосовуються при побудові деяких АЦП, формування кодокерованих зразкових сигналів, а також для створення аналогових сигналів, які використовують для збудження об'єкта дослідження. Цифрові вимірювальні прилади (ЦВП) є засобами вимірювань у повному розумінні цього слова, вони автоматично видають числове значення вимірюваної величини на цифровому відліковому пристрої (цифровий індикатор, табло, дисплей тощо). Цифровими вимірювальними системами (ЦВС) називають сукупність вимірювальних каналів, вимірювальних пристроїв та інших технічних засобів, об'єднаних для створення та аналізу сигналів цифрової вимірювальної інформації про декілька одно -чи різнорідних вимірюваних величин та інших видів інформації.

15. Переваги та недоліки цифрових вимірювальних приладів.

Основними перевагами ЦВП є:

- висока швидкодія - до сотень мільйонів вимірювань за секунду, що об'єктивно вимагає використання засобів обчислювальної техніки для опрацювання результатів вимірювань;

- висока точність, яка, за умов наявності автоматичного калібрування і опрацювання результатів перетворень, може наближатися до точності робочих еталонів одиниць фізичних величин;

- відсутність суб'єктивних складових похибки відліку, наявність яких (при обмеженій довжині шкали) лімітує максимально можливу точність аналогових приладів;

- наявність кодового вихідного сигналу є зручним для його опрацювання, запам'ятовування, реєстрації і передачі на великі відстані без похибок та корекцією збоїв;

- можливість зменшення складових похибки вимірювального кола, в тому числі і систематичних, автоматичними калібруваннями і (або) уведенням поправок. Причому в багатьох випадках апаратна частина ЦВП не змінюється, переробляється тільки програмне забезпечення і перепрограмовуються постійні запам'ятовувальні пристрої, що особливо зручно в ЦВП для наукових досліджень;

До недоліків ЦВП слід віднести певну незручність для оператора у порівнянні і даного показу з границями вимірювання. Якщо аналогову інформацію оператор оцінює миттєво, то цифрову - повинен запам'ятовувати та зіставляти з границями вимірювання Час зчитування показів та імовірність помилок при цьому зростає, що й послужило ос- і новною причиною для використання аналогових засобів вимірювань на диспетчерських пультах складних технічних об'єктів, наприклад, електростанцій.

Аналого-цифрове перетворення.

При аналого-цифровому перетворенні у загальному випадку виконуються операції дискретизації вимірюваної величини в часі, квантування її за рівнем та кодування у певній системі числення. У дискретизованому сигналі відсутні проміжні значення вхідного сигналу між мітками часу t /, та t/+ i. Завдяки цьому може втрачатися вимірювальна інформація про проміжні значення сигналу, тобто виникає похибка від дискретизації. Крім того, завжди існує певна, не нульова, тривалість аналого-цифрового перетворення сигналу, яка залежить від використовуваного методу перетворення та швидкодії елементної бази АЦП. Тому під час дискретизації сигналу можна розглядати дві часові характеристики цього процесу: (1) - часовий інтервал поміж між почерговими вимірюваннями сигналу (при сталому часі його називають періодом дискретизації сигналу Tд=t,+\-t); і (2) - інтервал часу Та/ц аналого-цифрового перетворення сигналу - час, який необхідно затратити, щоб отримати один цифровий результат вимірювання сигналу. Відповідно до цього при цифрових вимірюваннях розглядають похибки двох різновидів :1) похибка ATз(t), що пов'язана зі зміною вимірюваного сигналу за час між окремими вибірками (інтервал дискретизації); 2) похибка AA /ц(t), що пов'язана зі зміною сигналу за час його аналого-цифрового перетворення.

При відомому періоді дискретизації перша складова похибки однозначно залежить від властивостей зміни вимірюваного сигналу і способу наступного використання результатів його вимірювань.