Аналого-цифрове перетворення сигналу
При вирішенні завдань вібродіагностики електромеханічних систем часто прості методи спектрального аналізу не дозволяють здійснювати розпізнавання станів об'єкта і тому широко використовуються більш інформативні, але й складніші методики пов'язані з кепстральними, кореляційними та когерентними перетвореннями. Технічні складності не дозволяють аналоговій апаратурі безпосередньо вимірювати взаємний спектр, що необхідно для визначення функції когерентності та ряду інших інформативних перетворень, водночас при використанні цифрової техніки простіше отримати ці характеристики сигналів.
Інтенсивний розвиток цифрової обчислювальної техніки, створення швидкодіючих, периферійних пристроїв, мінімізація розмірів елементів пристрою сучасних комп'ютерів, відносно низька швидкість поширення вібрації та обмежений частотний діапазон сигналів, що аналізуються, забезпечують високу ефективність аналізу вібросигналів на цифрових обчислювальних машинах (ЦВМ). Можливість гнучкої зміни алгоритмів обробки сигналів і швидкість аналізу при досить складних алгоритмах призводить до того, що в даний час цифрові прилади, що аналізують, витісняють аналогові. Більше того, вся сукупність алгоритмів може бути представлена у вигляді пакета прикладних програм для комп'ютера, що дозволяє відмовитися від використання спеціалізованих приладів, що аналізують, при наукових дослідженнях і розробці діагностичних моделей об'єктів.
Аналізатор такого типу включає в себе власне комп'ютер з периферійними пристроями введення-виведення інформації (клавіатура, маніпулятор-миша, монітор-дисплей і т.д.), плати здійснюють введення та накопичення цифрових данихобчислювальній машині (передпроцесорну обробку) та підсилювачі кондиціонують, що підсилюють аналогові сигнали і перетворюють їх на цифрову форму. Схема цифрового аналізатора представлена рис. 3.10.
Мал. 3.10. Схема цифрового аналізатора з урахуванням ЦВМ.
Переведення безперервного аналогового сигналу цифрову форму здійснюється за допомогою аналогово-цифрового перетворювача АЦП, що забезпечує дискретизацію сигналу в часі і квантування сигналу за рівнем. Основою взаємно-однозначного перетворення сигналу є правильний вибір частоти дискретизаціїfд та кількості рівнів квантуванняNmax.
Відповідно до теорії Котельникова взаємно-однозначна відповідність перетворення безперервних сигналів у дискретну форму забезпечується приfд ³ 2Df е, деDf е - ефективна ширина лінії спектру сигналу. Зниженняf д призводить до зменшення обсягу ЗУ і означає збільшує швидкодію аналізатора, зазвичай це досягається виділенням найбільш інформативної частини спектру за допомогою фільтрів.
При квантуванні за рівнем, амплітуда сигналу в момент дискретизації перетворюється на цифрову форму. Діапазон квантування сигналу за рівнем визначається динамічним діапазоном сигналу на виході віброперетворювача. Динамічний діапазон АЦП визначається якDацп = 20 ln Nmax = 20 ln(2 m - 1), деNmax = 2 m - 1 - максимальне число, що виробляється АЦП із двійковим розрядами.
Поруч із аналізаторами з урахуванням ЦВМ отримали розвиток спеціалізовані цифрові аналізатори з інтегрованим інтерфейсом для цифрового обміну з ЦВМ. Такі аналізатори ефективно та швидко здійснюють цифрові перетворення Фур'є та розраховують ряд спеціальних характеристик спектра сигналу тає за своєю суттю вузькоспеціалізованими ЦВМ.
Останнім часом на ринку прецизійної вимірювальної техніки з'являється все більше цифрових компактних, переносних приладів із вбудованим процесором та можливістю програмної обробки, збереження даних та передачі їх на ЕОМ для подальшої обробки. Зовнішній вигляд одного з таких приладів – шумомір типу 2237 фірми Brüel & Kjær представлений на рис.311.
Мал. 3.11. Зовнішній вигляд компактного цифрового шумоміру типу 2237 фірми Brüel & Kjær.