Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям

4.5. Измерение скорости и ускорения

^ Скорости вращения деталей и узлов разных устройств измеряются приемущественно при помощи тахометрических генераторов неизменного либо переменного тока (электродинамический способ) либо тахометрических энкодеров (импульсный способ).

^ Угловые скорости передвигающихся объектов определяют при Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям помощи гироскопических датчиков угловой скорости. В тех случаях, когда нужно измерить очень малые угловые скорости, используют оптические гирометры на лазерах и волоконной оптике, измеряющие по картине интерференционных полос разность хода 2-ух волн, распространяющихся Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям в обратных направлениях в одной и той же вращающейся среде. Таким способом определяют угловые скорости до 10-2 /ч.

^ Линейные скорости передвигающихся объектов в большинстве случаев определяют, используя эффект Доплера: по Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям изменению частоты отраженного от передвигающегося объекта сигнала (ультразвукового либо электрического). Есть и другие методы измерения скорости, основанные на сопоставлении сигналов, принятых разнесенными в пространстве приемниками. Примером является измерение скорости движения судна при помощи 2-ух Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям эхолотов, расположенных в носовой и кормовой частях судна. Эхолоты безпрерывно определяют глубину водоема при движении и представляют ее как функции времени h1(t), h2(t). В безупречных критериях эти две функции Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям будут отличаться одна от другой только смещением по времени на t = L/v, где L – расстояние меж эхолотами, v – скорость судна. В реальных критериях форма сигналов различная из-за неидентичности излучателей и случайных помех Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям. Чтоб исключить воздействие случайных причин, рассчитывается корреляционная функция



Она максимальна при  = t. Для уменьшения погрешности определения точки максимума вычисляют разницу 2-ух корреляционных функций, приобретенных смещением на   (рис.54). В индустрии корреляционный способ применяется, а Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям именно, для бесконтактного измерения скорости движения ленты при прокате. Два расположенных повдоль ленты фотоприемника принимают отраженный от ленты сигнал, случаем модулированный неоднородностями ленты.



Рис. 54. Корреляционный способ измерения скорости


^ Датчики ускорения Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям используются для измерения ускорения передвигающихся объектов и измерения уровня вибраций устройств и ударных нагрузок. Измерение ускорения сводится к измерению силы, действующей на определенную массу. В качестве чувствительного элемента силы используются в главном пьезоэлектрические Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям и пьезорезистивные датчики. Как датчики вибраций и ударов они позволяют определять ускорения в спектре от 1 до 2000 g с точностью до 1%. Другой метод измерения ускорения основан на измерении перемещения чувствительной к ускорению Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям массы, подвешенной на упругом подвесе. Чувствительным к перемещению может быть емкостный датчик.

В неких случаях ускорение измеряется для того, чтоб по нему найти скорость и перемещение методом интегрирования. Преимущество такового метода в том, что Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям измерение ускорения, в отличие от измерения скорости и перемещения, не просит какой-нибудь точки отсчета.

^ 5. Согласование частей системы

Согласование частей системы является нужным условием ее работы. Согласуются физические характеристики сигналов (форма сигнала, уровни Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям напряжения и тока) и протокол взаимодействия частей (состав и порядок обмена сигналами). Согласование нужно на всех уровнях: при соединении частей снутри блоков, при межблочных соединениях, при подключении наружных устройств. В особенности Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям принципиально согласование «слаботочной» системы управления с объектом, который является источником довольно массивных и небезопасных воздействий, вызванных катастрофами, маленькими замыканиями, пусковыми токами и т.д. В современных системах это согласование управляющего компьютера Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям с датчиками состояния объекта, исполнительными элементами и элементами управления и отображения инфы.

Согласно статистике, 20% зарегистрированных отказов компьютерных систем управления вызваны ошибками при вводе систем в эксплуатацию, сначала неверной установкой перемычек на платах и ошибками Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям программирования воззваний к устройствам ввода-вывода. 90% реальных дефектов появляются из-за аварий на объекте и неверной эксплуатации. Некие предпосылки отказов явны: превышение напряжений питания и токов нагрузки, напряжений сигналов, поступающих Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям с объекта управления. Примеры наименее тривиальных обстоятельств отказов:

Датчики, установленные на объекте, обычно выдают стандартизованные сигналы, аналоговые Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям либо дискретные. Последние передают логическую информацию о состоянии объекта (типа включен – выключен) либо численные значения величин, передаваемые по параллельному либо поочередному интерфейсу. Логические сигналы поступают с пороговых датчиков, кнопок управления, конечных Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям выключателей и других источников в виде напряжений стандартных уровней либо «сухих» контактов. В цепях передачи контактных сигналов используются аппаратные либо программные способы исключения воздействия дребезга контактов при переключении. В цепях передачи сигналов с пороговых Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям датчиков инсталлируются триггеры Шмидта с гистерезисной чертой, исключающей случайные переключения логического сигнала поблизости порогового значения контролируемой величины.

Источники дискретных сигналов подключают к портам ввода – вывода компьютера, обычно, через интегрированные либо выполненные в Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям виде отдельных модулей изолирующие усилители. Они содержат элементы гальванической развязки, элементы защиты от перенапряжения (присоединенные параллельно диоды либо стабилитроны), фильтры, в неких случаях – резисторы для ограничения тока.

Аналоговые сигналы с Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям датчиков преобразуются в цифровые коды многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Номер канала задается компом. Спектр входного сигнала и метод его подключения (двухпроводный либо однопроводный) обычно программируются. В некие АЦП встраиваются элементы гальванической развязки. Для Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям аналоговых сигналов эти элементы труднее, чем для дискретных. Датчики с импульсным либо частотным выходом подключаются к компу через особые модули согласования.

Управление исполнительными элементами, принимающими дискретные сигналы, осуществляется компом через Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям изолирующие усилители либо блоки реле с сухими контактами, пропорциональное управление – через модули цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Для управления серводвигателями способом широтно-импульсной модуляции и управления шаговыми движками используются особые модули.

^ Способ уравновешивающего заряда используется Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям при согласовании вторичного преобразователя с чувствительным элементом, являющимся очень высокоомным источником напряжения. Для него подключение нагрузки в несколько мегом может восприниматься как куцее замыкание. Идею способа объясняет рис.55 на примере измерения рН-показателя (уровня Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям кислотности). Источник сигнала – электрод, собирающий ионы определенной полярности из раствора, заряжает конденсатор С через резистор с очень огромным сопротивлением (10 ГОм). Конденсатор – специального типа, при монтаже RC- цепочки используются все Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям вероятные меры для ис-



ключения утечки. Ключи К1, К2 временами инсталлируются на куцее время в положение 2, при всем этом конденсатор С разряжается, создавая импульсы тока. Они заряжают интегрирующий конденсатор С3 маленькими порциями. В итоге заряда Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям конденсатора С3 выходное напряжение U2 становится равным измеряемому напряжению U1 на конденсаторе С и перевод ключа К1 в положение 2 не приводит к изменению напряжения U1. Схема работает как следящая система. Конденсаторы С Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям1, С2 играют роль разделительных.


^ 5.1. Главные источники помех и меры борьбы с ними


Внутриплатные помехи появляются в главном из-за бросков тока на шинах питания при переключении логических частей, в особенности массивных выходных каскадов Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям. Логический элемент можно упрощенно представить как управляемый ключ, соединяющий нагрузку с источником питания, когда транзистор «закрыт», либо с общим проводом, когда транзистор «открыт» (рис.56,а). При переходе ключа К Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям1 в положение 1 происходит повышение тока в шине питания, вызывающее возникновение на шине,



Рис. 56. Примеры источников помех


вследствие воздействия ее индуктивности, недлинного импульса отрицательной полярности. Если ключ К2 находится в положении 1, а ключ К3 в положении Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям 0, то этот импульс может на куцее время перевести ключ К3 в состояние 1. Перевод ключа К2 в положение 0 вызывает разряд паразитной емкости С и возникновение положительного импульса на общей шине. Если ключ К Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям3 в положении 0, то этот импульс проходит на управляющий вход ключа К4 и может перевести его в состояние 0.

Воздействие схожих помех ослабляют последующими методами:

^ Помехи на межплатных соединениях имеют емкостное и Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям индуктивное происхождение. Емкостная связь с другой цепью делает синфазную помеху, а если эта связь дополняется связью с землей, то помеха становится дифференциальной (рис. 56,б). Для защиты от емкостных наводок используют Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям железные экраны.

Индуктивная помеха, возникающая в итоге прохождения магнитных потоков через контур, образованный прямым и оборотным проводами, дифференциальная и потому в особенности страшная. При прокладке цепей связи источника сигнала с приемником не должно Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям быть контуров, провода прокладывают витой парой. В данном случае ЭДС, наведенные в примыкающих витках, имеют обратные знаки и компенсируют друг дружку. Обыденный дюралевый экран не защищает от магнитных наводок, нужен экран Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям из ферромагнитного материала.

Для импульсных сигналов относительно недлинные соединения являются длинноватой линией. Кабель имеет свою емкость порядка 100 пФ/м, волновое сопротивление кабеля 50–100 Ом, витой пары – около 100 Ом, параллельных проводников – 300–1000 Ом. В месте соединения цепей Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям с различным волновым сопротивлением появляется отражение, искажающее форму сигнала. Цепи с различным волновым сопротивлением соединяют через согласующую схему с входным и выходным сопротивлениями, равными волновым сопротивлениям соответственных участков цепи:


1 z1 z2 z Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям3 2





Чтоб ускорить заряд паразитных емкостей соединительной цепи и тем уменьшить преломления фронтов сигналов, в качестве выходных каскадов употребляют особые схемы – драйверы полосы с довольно большенными выходными токами и защитой от высоковольтных помех. В Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям неких случаях, чтоб уменьшить токи заряда паразитных емкостей и затягивание фронтов, искусственно уменьшают сигнал в полосы, подключая к полосы дополнительную нагрузку.

Есть примеры введения в линию поочередно резистора с Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям маленьким сопротивлением (50 Ом). Совместно с паразитной емкостью полосы он образует фильтр низких частот. Его неизменная времени очень мала для приметного затягивания фронтов нужных сигналов, но достаточна для ослабления высокочастотных помех.

Уменьшение дифференциальной составляющей Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям помехи достигается симметрированием цепей. Выходной сигнал в парафазном виде выдается по двухпроводной полосы (в однопроводной полосы 2-ой провод является общим). В приемнике употребляется дифференциальный усилитель (рис. 57,а). При однопроводных цепях связи с Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям несколькими источниками, проложенных в общем кабеле, можно скомпенсировать помеху: снять ее с пустого провода и отнять из сигнала, принятого с помехой (рис.57,б).

Рис. 57. Симметрирование цепи и компенсация помехи

Общие способы борьбы с Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям помехами – это:

Выбор точки заземления общего провода значительно оказывает влияние на уровень помех. Варианты заземления показаны на рис. 58. Вариант а без оборотного провода – самый нехороший. Токи, текущие по корпусу, делают напряжение Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям меж точками А и В, являющееся дифференциальной помехой. Это напряжение может достигать 10-ов вольт. Сигнальная цепь образует контур, в каком наводятся индуктивные помехи.

В однопроводной цепи б контур отсутствует, но уровень дифференциальных Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям помех велик, потому что напряжение UАВ делает различные токи i1, i2 в прямой и оборотной цепях. Из-за несимметрии этих цепей наружные наводки на их также различные.

В варианте в заземление Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям делается только с одной стороны. Благодаря этому токи i1, i2 много меньше, потому что они замыкаются через огромное сопротивление утечки R и помеха, сделанная напряжением UАВ, становится пренебрежимо малой. Но сохраняется несимметрия прямой и Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям оборотной цепи по отношению к наружным помехам. Несимметрия меньше, если заземлить экран со стороны источника. Такое заземление именуют



«плавающий вольтметр» (приемник не заземлен). Для защиты входа приемника от наведенных на дисплее напряжений время Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям от времени подключают RC-цепочку с R = 10–100 Ом, показанную пунктиром. Ее сопротивление много больше сопротивления экрана, потому потенциалы общих точек источника и приемника фактически равны.

Двухпроводная линия г лучше защищена от Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям помех: ток от напряжения UАВ течет по экрану, а не по сигнальным проводам. Ровная и оборотная цепи симметричны по отношению к наружным помехам.

Идеальнее всего вообщем не заземлять сигнальные провода, если это допустимо по Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям технике безопасности.

^ Гальваническая развязка источника и приемника сигнала – это отсутствие меж ними конкретного электронного соединения. Гальваническая развязка нужна для защиты слаботочных цепей компьютера как по входу, так и по выходу Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям от небезопасных по величине «нештатных» электронных сигналов, приходящих от объекта управления. Элементами гальванической развязки являются оптроны, трансформаторы либо конденсаторы. Питание частей, расположенных по различные стороны от элемента гальванической развязки, осуществляется от различных источников, не Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям имеющих конкретной связи. Первичные и вторичные обмотки трансформаторов гальванической развязки и трансформаторов питания делят экранами.

При использовании трансформаторов и конденсаторов в качестве частей гальванической развязки цепей неизменного тока инсталлируются модуляторы и Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям демодуляторы. В современных элементах трансформаторы гальванической развязки делают на кремниевой подложке способами полупроводниковых технологий, по этому передают данные со скоростями до 100 Мбит/c.

Преимущество оптронной развязки в том, что она работает Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям на неизменном и переменном токе, так что преобразование неизменного тока в переменный и назад не требуется. Оптроны – это оптоэлектронные приборы с оптической связью меж входной и выходной цепью. Оптроны делят на оптопары, оптоэлектронные Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям микросхемы и особые оптроны. Оптопары содержат светоизлучатель во входной цепи, как правило это светодиод, и фотоприемник в выходной цепи. Фотоприемником у оптопар разных типов являются чувствительные к свету диоды, транзисторы, тиристоры Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям либо резисторы. Оптоэлектронные микросхемы содержат, не считая одной либо нескольких оптопар, микросхемы для согласования оптрона с другими элементами по входу и выходу, приведения сигналов к стандартному виду. В особых оптронах оптическая Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям цепь является управляемой: интенсивность светового потока находится в зависимости от какого-нибудь наружного воздействия. Такие оптроны созданы для использования в качестве датчиков разных физических величин.

Благодаря отсутствию электронной связи входной и выходной цепи, оптрон Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям можно использовать для передачи сигналов меж устройствами с большой различием их электронных потенциалов. Обычные значения сопротивления гальванической развязки (сопротивления изоляции меж входной и выходной цепями) – 5·1010 Ом, допустимого напряжения меж входом и Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям выходом – 3000–5000 В, а у высоковольтных оптопар – до 12000 В. Отсутствие гальванической связи значительно понижает воздействие помех, поступающих из сильноточной части системы в слаботочную по цепям питания и «земли».

Основное применение оптронов – передача цифровых Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям сигналов. Быстродействующие оптроны допускают передачу данных со скоростями до 10 Мбит/c. В схемах гальванической развязки цепей аналоговых сигналов используют дифференциальные оптроны с 2-мя фотоприемниками. Один употребляется в выходной цепи, другой – в цепи Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям отрицательной оборотной связи меж выходной и входной цепями. Черта оптронов недостаточно линейна для передачи аналоговых сигналов. Введение отрицательной оборотной связи линеаризует характеристику.


^ 5.2. Механизмы работы цифроаналоговых

и аналого-цифровых преобразователей


Цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям (АЦП) преобразователи обширно используются в системах управления и контроля, сбора и обработки инфы, контрольно-измерительной аппаратуре, системах цифровой обработки сигналов при решении задач связи, телевидения, радионавигации, радиолокации и т.д. К Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям их техническим и эксплуатационным чертам предъявляются различные требования зависимо от области внедрения. Есть сотки типов микросхем ЦАП и АЦП, отличающихся предназначением, выполняемыми функциями, конструктивными, электронными и эксплуатационными чертами, также технологией производства.

1-ые Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям микросхемы ЦАП и АЦП добивались внедрения дополнительных устройств, таких как согласующие усилители, буферные запоминающие регистры, в том числе с 3-мя состояниями (0, 1, состояние «отключения» с высочайшим импедансом), генераторы тактовых импульсов, источник высокостабильного опорного напряжения. Современные Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям ЦАП и АЦП выпускаются как автономные модули либо сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), подключаемые к компу либо информационно-измерительной системе без дополнительных устройств.

^ Цифроаналоговый преобразователь в общем случае содержит входной интерфейс, дешифратор Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям управления ключами, ключи, резисторную схему преобразования цифрового сигнала в аналоговый, выходной усилитель. Задачка интерфейса – принять слово данных и хранить его в параллельном коде до поступления последующего слова. В микросхемах ЦАП первых выпусков управляющие входы Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям ключей подсоединялись конкретно к выходам цифрового устройства, подающего на ЦАП параллельный двоичный код. В современных преобразователях, принимающих код со стандартной шины данных в поочередном либо параллельном коде, есть соответственный интерфейс. Поочередный Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям интерфейс содержит сдвиговый регистр загрузки, параллельный регистр хранения и управляющую логику. Параллельный интерфейс содержит параллельные регистры загрузки и хранения и схему управления. Два регистра используются в связи с тем, что Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям процессы загрузки и преобразования не совпадают по времени: преобразование начинается после окончания загрузки, выполняемой обычно по б. Дешифратор управления ключами конвертирует двоичный код входных данных в код, вид которого находится в зависимости от Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям метода преобразования.

Принцип преобразования объясняет рис. 59. В схеме а n-разрядного ЦАП употребляются делитель напряжения, составленный из 2n резисторов с схожим сопротивлением, и 2n ключей. Дешифратор работает так, что в замкнутом Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям состоянии находится только один ключ. Таковой ЦАП именуют аттенюатором, полнодекодирующим (fully decoded), строковым (string). Выходным усилителем является операционный усилитель, включенный по неинвертирующей схеме с огромным входным сопротивлением и единичным коэффициентом усиления. Строковый ЦАП может иметь Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям и токовый выход. В данном случае дешифратор работает по другому. Он включает от 1 до 2n–1 ключей, подающих на выходной усилитель равные токи. Выходным усилителем является операционный усилитель с инвертирующим Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям включением. Его входное сопротивление фактически нулевое, что и нужно при суммировании токов. Недочет схожих схем – огромное количество резисторов и ключей, сложность дешифратора. Достоинство – применение резисторов 1-го номинала, монотонность зависимости выходного сигнала от Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям значения входного двоичного кода, малая нагрузка на источник опорного напряжения Uоп, отсутствие воздействия на выходной сигнал сопротивления замкнутого ключа, применение ключей с одним замыкающим контактом.

В схеме б с «поразрядно взвешенными» резисторами двоичный код управляет Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям ключами конкретно, без дешифратора. Токи резисторов, пропорциональные весу разряда, суммируются операционным усилителем с инвертирующим включением, владеющим нулевым входным сопротивлением. Использованы ключи с переключающим контактом, который подсоединяет «висящие» концы резисторов к Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям общей точке для уменьшения уровня помех. Основной недочет схемы – необходимость внедрения прецизионных резисторов с разными номиналами в широком спектре от R до 2nR.

В схеме в многозвенного ЦАП «лестничного» типа употребляются резисторы 1-го Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям номинала (R и 2R). Сопротивление меж каждым узлом Аi (i = 1, 2,…n) и общей точкой одно и то же и равно R. Потому напряжение в i-м узле равно Uon/2i-1, операционный Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям усилитель суммирует двоичновзвешенные разрядные токи. Таковой ЦАП именуют также «R-2R-преобразователем инвертирующего типа». Разброс номиналов резисторов может быть предпосылкой немонотонности черт ЦАП.



Есть ЦАП с суммированием двоично-взвешенных зарядов. Деление заряда на 2 происходит Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям при подключении к конденсатору другого конденсатора того же номинала. Заряды с конденсаторов подаются по очереди на интегратор, который их суммирует.

Любая из перечисленных схем имеет свои плюсы и недочеты. Конструктивно самая Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям обычная – это схема в. Она применена, к примеру, в микросхеме ЦАП типа К572ПА1. Схемы а и б, очень сложные для использования в качестве отдельного устройства, являются составными частями многих современных Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям ЦАП. А именно, 14-разрядный ЦАП типа AD9772 состоит из 3-х секций. 1-ые две секции полнодекодирующие. 1-ая секция (5 старших разрядов двоичного кода, 31 токовый ключ) является источником для 2-ой секции (4 разряда, 15 токовых ключей), 2-ая секция – источником Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям для двоично-взвешенного ЦАП (5 разрядов, 5 ключей).

^ Аналого-цифровой преобразователь в общем случае содержит фактически АЦП, коммутатор каналов, подключающий к АЦП различные источники сигналов, устройство подборки и хранения, буферное ЗУ (может быть на Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям несколько слов выходного кода) и устройство согласования с выходным каналом. Буферное ЗУ нужно в скоростных АЦП, используемых для съема данных с объекта и передачи их по различным типам шин Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям. Пуск АЦП может выполняться программно по инициативе компьютера, по таймеру, по сигналу прерывания. По принципу построения АЦП можно поделить на последующие главные типы: параллельный, следящий, поочередных приближений, интегрирующий.

^ В параллельном АЦП входное Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям напряжение поступает сразу на N компараторов с различными значениями опорных напряжений. N – разрядный код с выходов компараторов вида 00…011..1 преобразуется дешифратором в обыденный двоичный n-разрядный код, N = 2n–1. Таковой метод преобразования самый резвый Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям, но самый неэкономичный по объему оборудования. Он употребляется в быстродействующих малоразрядных АЦП (6–8 разрядов).

^ В следящем АЦП входное напряжение сравнивается с напряжением цифроаналогового преобразователя (ЦАП), на который поступает код с реверсивного счетчика Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям. Зависимо от результата сопоставления подаются импульсы на реверсивный счетчик по входам сложения либо вычитания, в итоге чего напряжение с ЦАП безпрерывно «следит» за входным напряжением. При плавном изменении входного напряжения быстродействие преобразователя высочайшее, но для Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям внедрения в многоканальных АЦП таковой способ преобразования не достаточно подходящ.

^ В АЦП поочередного приближения (поразрядного уравновешивания) входное напряжение U1 сравнивается с напряжением U2 на выходе ЦАП, код которого меняется последующим образом. Поначалу Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям в старший, n-й разряд двоичного регистра, код которого поступает на ЦАП, записывается 1. Зависимо от результата сопоставления напряжений U1 и U2 единица n -го разряда регистра переносится в (n-1)-й Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям разряд либо к единице n-го разряда приписывается 1 со стороны младших разрядов. Дальше процедура повторяется, но в качестве старшего разряда рассматривается (n–1)-й разряд. Процесс преобразования занимает n тактов, если не считать такты Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям, нужные для снятия отсчета и приведения АЦП в начальное состояние. В системах автоматики АЦП данного типа является самым всераспространенным.

^ В интегрирующем АЦП входное напряжение преобразуется в интервал времени при помощи Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям интегратора. Измеряется интервал времени от начала интегрирования известной неизменной величины до момента совпадения напряжения интегратора с входным напряжением. При другом варианте построения преобразователя измеряется время от момента начала интегрирования входного напряжения до момента заслуги напряжением Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям интегратора данного значения. Заместо интегратора на операционном усилителе может употребляться счетчик с цифроаналоговым преобразователем. На вход счетчика подаются импульсы с генератора. Фиксируется момент совпадения напряжения ЦАП с входным напряжением.

Интегрирующий преобразователь Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям с интегратором на операционном усилителе – самый экономный по аппаратурным затратам, но его точность невелика. На нее оказывает влияние непостоянность характеристик всех частей: интегратора, компаратора, измерителя продолжительности временного интервала. Практическое применение получил преобразователь двойного Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям интегрирования. В нем входное напряжение подается на вход интегратора в течение данного интервала времени Т1, после этого на вход интегратора подается известное напряжение обратной полярности и измеряется время Т2 разряда интегрирующего Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям конденсатора. Продолжительность интервалов времени Т1, Т2 определяется по количеству импульсов тактового генератора, поступающих на счетчик. Если за время 1-го цикла преобразования неизменная времени интегратора и частота генератора не поменялись, то преобразование четкое Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям, потому что погрешности, внесенные на первом и втором шагах интегрирования, имеют обратные знаки и компенсируют друг дружку. Благодаря высочайшей точности АЦП двойного интегрирования получил распространение в цифровых вольтметрах, где скорость преобразования Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям не имеет огромного значения.

^ Схема подборки и хранения применяется на входе АЦП в тех случаях, когда значение напряжения нужно сохранить на время преобразования. Два варианта реализации схемы приведены на рис.60. «Выборка Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям» происходит по команде, замыкающей ключ К. Входное напряжение, усиленное по мощности повторителем на операционном усилителе, заряжает конденсатор. В режиме «хранения» ключ разомкнут. В схеме употребляются быстродействующий ключ, качественный конденсатор с малой утечкой, операционный усилитель Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям с огромным входным сопротивлением.

Рис. 60. Примеры схем подборки и хранения

^ 5.3. Главные характеристики ЦАП и АЦП


Некие характеристики АЦП и ЦАП подобны.

Разрядность преобразователя n: параметр, определяющий число N разных значений кода: N = 2n.

Шаг (ступень Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям) квантования: изменение аналоговой величины (входной для АЦП, выходной для ЦАП), соответственное изменению кода на единицу младшего разряда. Величина шага может быть разной на различных участках свойства. Среднее значение шага именуется младшим означающим Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям разрядом (МЗР), либо разрешающей способностью.

^ Коэффициент преобразования: угол наклона прямой, аппроксимирующей статическую характеристику преобразователя.

Смещение (погрешность) нуля: у ЦАП – выходное напряжение при нулевом входном коде, у АЦП – значение входного Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям напряжения, нужное для получения нулевого кода на выходе.

^ Нелинейность (интегральная) преобразователя: отклонение реальной статической свойства от номинальной (прямой полосы) при отсутствии смещения нуля.

^ Дифференциальная нелинейность: отклонение реального шага квантования от его среднего Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям значения.

Абсолютная погрешность полной шкалы (точность преобразования): отклонение реальной статической свойства от номинальной в конечной точке свойства.

^ Время преобразования, либо частота подборки. У ЦАП это время установления выходного сигнала с погрешностью не выше Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям МЗР при смене входного кода (обычно от малого до наибольшего значения). Данный параметр в особенности важен в задачках обработки сигналов. В системах управления, где объекты инерционны, завышенное быстродействие ЦАП обычно не требуется.

У Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям АЦП это время от начала конфигурации входного сигнала до момента возникновения на выходе «устойчивого» кода, изменяющегося менее чем на МЗР. Если входной сигнал в процессе преобразования не изменяется, то время преобразования складывается из Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям времени задержки пуска от момента конфигурации входного сигнала до подачи команды пуска АЦП и времени цикла кодировки – продолжительности самого процесса преобразования. Задержка пуска различная при обслуживании 1-го канала либо различных Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям, когда требуется время на установку номера канала.

Если входной сигнал изменяется во время преобразования и нет схемы подборки и хранения, значения цифрового кода на выходе АЦП «отстают» от соответственных им значений входного аналогового Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям сигнала на неопределенное время, которое может быть различным в разных точках свойства АЦП. В данном случае подборка будет соответствовать значению входного аналогового сигнала в неведомый момент, принадлежащий некому интервалу времени, именуемому Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям апертурным временем. Для того чтоб апертурное время не оказывало влияние на точность преобразования, изменение входного сигнала за апертурное время должно быть меньше МЗР.

При описании АЦП в литературе употребляются понятия:

Необходимыми параметрами АЦП являются число каналов, входное сопротивление (обычно несколько мегом) и входная емкость (до сотен пикофарад).


^ 5.4. Форматы входных и выходных кодов ЦАП и Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям АЦП


При программировании воззваний компьютера к ЦАП и АЦП ранешних разработок нужно учесть вид их черт. Разглядим сущность вопроса на примере ЦАП, выполненного по схеме рис.59,в Черта ЦАП однополярная. В системах управления обычно требуется биполярная Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям черта ЦАП. Ее можно получить, если подать неизменный ток смещения на вход операционного усилителя и подходящим образом запрограммировать воззвание к ЦАП. На рис.61,а показана линеаризованная смещенная черта ЦАП, старший Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям разряд входного 10-разрядного кода слева,  – значение выходного напряжения, соответственного МЗР. В компьютере отрицательные числа представлены в дополнительном коде, получаемом прибавлением единицы младшего разряда к инвертированному прямому коду числа. Если код числа совместно со Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям знаковым разрядом, рассматриваемым как старший разряд числа, подать с компьютера на цифровые входы ЦАП, его черта будет соответствовать рис. 61,б (знаковый разряд выделен). Чтоб черта заполучила требуемый вид (пунктир), подаваемое Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям на ЦАП число Х нужно скорректировать: Х = ХsgnX – 512, если Х  0, и Х = 511, если Х = 0.



Рис. 61. Воздействие формата кода на характеристику ЦАП

Биполярную характеристику ЦАП можно получить и другим методом: если поменять полярность опорного напряжения Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям в согласовании со знаком числа, а на цифровые входы ЦАП подавать число без знака. В данном случае при кодировке отрицательных чисел в дополнительном коде черта ЦАП будет соответствовать рис.61,в и для приведения Скорости вращения - Конспект лекций для студентов высших учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальностям ее к требуемому виду нужна корректировка подаваемого на ЦАП числа Х = – Х– 1024, если Х < 0.

В современных ЦАП и АЦП форматы цифровых кодов согласованы с компом.



skorost-himicheskoj-reakcii-proporcionalna-proizvedeniyu-koncentracii-reagiruyushih-veshestv-vzyatih-v-stepenyah-ravnih-stehiometricheskim-koefficientam.html
skorost-izmeneniya-funkcii.html
skorost-osedaniya-eritrocitov-soe.html