Формирование сигнала

В электронике и сигналов обработке преобразование сигнала — это манипуляция аналоговым сигналом таким образом, чтобы он соответствовал требованиям следующего этапа дальнейшей обработки.

В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) формирование сигнала включает в себя ограничение напряжения или тока , а также фильтрацию сглаживания .

В приложениях в области техники управления обычно имеются этап считывания (который состоит из датчика ), этап формирования сигнала (где обычно происходит усиление сигнала) и этап обработки (часто выполняемый АЦП и микросхемой ). контроллер ). Операционные усилители (ОУ) обычно используются для усиления сигнала на этапе формирования сигнала. В некоторых преобразователях преобразование сигнала интегрировано с датчиком, например в датчиках Холла .

В силовой электронике перед обработкой входных сигналов датчиками, такими как датчик напряжения и датчик тока, обработка сигнала масштабирует сигналы до уровня, приемлемого для микропроцессора.

Дополнительная информация: Цифровое преобразование сигнала и цифровая электроника.

Входы

Входные сигналы, принимаемые формирователями сигналов, включают напряжение и ток постоянного тока, напряжение и ток переменного тока, частоту и электрический заряд . Входами датчиков могут быть акселерометр , термопара , термистор , термометр сопротивления , тензодатчик или мост, а также LVDT или RVDT . К специализированным входам относятся энкодер, счетчик или тахометр , таймер или часы, реле или переключатель, а также другие специализированные входы. Выходами для оборудования формирования сигнала могут быть выходы напряжения, тока, частоты, таймера или счетчика, реле, сопротивления или потенциометра, а также другие специализированные выходы.

Процессы

Подготовка сигнала может включать в себя усиление , фильтрацию , преобразование, согласование диапазона, изоляцию и любые другие процессы, необходимые для того, чтобы выходной сигнал датчика стал пригодным для обработки после обработки.

Входная связь

Используйте связь по переменному току , когда сигнал содержит большую составляющую постоянного тока. Если вы включите связь по переменному току, вы устраните большое смещение постоянного тока для входного усилителя и усилите только компонент переменного тока. Эта конфигурация позволяет эффективно использовать динамический диапазон АЦП.

Фильтрация

Фильтрация является наиболее распространенной функцией формирования сигнала, поскольку обычно не весь частотный спектр сигнала содержит достоверные данные. Например, линии электропередачи переменного тока частотой 50 или 60 Гц, присутствующие в большинстве сред, создают шум в сигналах, которые могут вызвать помехи при усилении.

Усиление

сигнала Усиление выполняет две важные функции: увеличивает разрешение входного сигнала и увеличивает его соотношение сигнал/шум. Например, выходной сигнал электронного датчика температуры , который, вероятно, находится в диапазоне милливольт, вероятно, слишком мал для аналого-цифровым преобразователем (АЦП). прямой обработки В этом случае необходимо довести уровень напряжения до требуемого АЦП .

Обычно используемые усилители, используемые для формирования сигнала, включают усилители выборки и хранения , пиковые детекторы, логарифмические усилители, антилогарифмические усилители, инструментальные усилители и усилители с программируемым усилением.

Затухание

Ослабление, противоположное усилению, необходимо, когда оцифровываемое напряжение выходит за пределы диапазона АЦП. Эта форма формирования сигнала уменьшает амплитуду входного сигнала так, чтобы обработанный сигнал находился в пределах диапазона АЦП. Ослабление обычно необходимо при измерении напряжения более 10 В.

Возбуждение

Некоторым датчикам требуется внешний источник напряжения или тока возбуждения. Такие датчики называются активными датчиками. (Например, датчик температуры, такой как термистор и термометр сопротивления, датчик давления (пьезорезистивный и емкостный) и т. д.). Стабильность и точность сигнала возбуждения напрямую связаны с точностью и стабильностью датчика.

Линеаризация

Линеаризация необходима, когда датчики выдают сигналы напряжения, которые не связаны линейно с физическим измерением. Линеаризация — это процесс интерпретации сигнала от датчика, который можно выполнить либо с помощью преобразования сигнала, либо с помощью программного обеспечения.

Электрическая изоляция

Изоляция сигнала может использоваться для передачи сигнала от источника к измерительному устройству без физического соединения. Его часто используют для изоляции возможных источников искажений сигнала, которые в противном случае могли бы следовать по электрическому пути от датчика к схеме обработки. В некоторых ситуациях может оказаться важным изолировать от датчика потенциально дорогостоящее оборудование, используемое для обработки сигнала после его обработки.

Можно использовать магнитную или оптическую изоляцию. Магнитная изоляция преобразует сигнал из напряжения в магнитное поле, поэтому сигнал можно передавать без физического соединения (например, с помощью трансформатора). Оптическая изоляция работает за счет использования электронного сигнала для модуляции сигнала, закодированного посредством передачи света (оптическое кодирование). Декодированное пропускание света затем используется в качестве входных данных для следующего этапа обработки.

Защита от перенапряжения

Устройство защиты от перенапряжения поглощает скачки напряжения, чтобы защитить следующую ступень от повреждения.