|
При измерении величин различной природы, как постоянных, так и изменяющихся во времени, часто стараются преобразовать их в электрические напряжения и токи. Электрические сигналы легко передать с пространственно удаленных датчиков, для их обработки существует арсенал стандартных приборов и методик. Ранее измеряемые значения фиксировались отклонениями стрелок гальванометров, следами краски на лентах самописцев и свечением на экранах осциллографов. Но современные измерительные системы, как правило, представляют данные в цифровом виде, используя для этого специальные транзисторные устройства - аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Задача аналого-цифрового преобразования состоит в преобразовании напряжения на его входе в момент измерения в пропорциональное ему число, а если напряжение меняется - в дискретную последовательность чисел.
Познакомимся с принципом работы АЦП на примере схемы (рисунок ниже). В ней реализован так называемый параллельный подход: входное напряжение Uc одновременно сравнивают с n опорными (эталонными) напряжениями, которые формируются с помощью резистивного делителя опорного напряжения Uопор. Количество эталонных напряжений и интервал между ними определяется диапазоном измеряемых значений и требуемой точностью преобразования - числом двоичных разрядов оцифрованного значения на выходе прибора. Так, для реализуемого в примере трехразрядного представления, позволяющего записать восемь различных чисел, включая нуль, требуется семь соответствующих эквидистантных эталонных напряжений
Измеряемое напряжение Uc сравнивается с эталонными уровнями с помощью семи компараторов ki, напряжения на выходе которых принимают значения, считающиеся равным
- 1 (в двоичной системе счисления), когда напряжение на входе (+) превышает напряжение на входе (-),
- 0 - в противном случае.
Так, если измеряемое напряжение не выходит за пределы диапазона от 5U/2 до 7U/2
, то компараторы с 1-го до 3-го устанавливаются в состояние «1», а компараторы с 4-го по 7-й - в состояние «0». Специальная логическая схема (приоритетный шифратор) преобразует эти состояния в двоичное число z1z2z3 (в примере 011) или в соответствующее ему десятичное (в примере 3).
Если напряжение меняется во времени, то с помощью схем выборки-хранения, обозначенных на схеме прямоугольниками, запоминают мгновенное значение напряжения на выходе компараторов и удерживают их неизменными в течение времени измерения. Моменты, выбранные для измерения, диктуются специальными тактовыми сигналами; если они периодические, то на выходе шифратора окажется последовательность двоичных чисел - временной ряд.
Описанный параллельный метод реализации аналого-цифрового преобразования прост, но неэкономен, поэтому были разработаны и широко используются более совершенные в этом отношении подходы, например, весовой, числовой, с которым иможно познакомиться в специальной аппраратуре.
|
