Преобразуване на аналогов към цифров сигнал
При решаването на проблемите на вибрационната диагностика на електромеханичните системи много често простите методи за спектрален анализ не позволяват разпознаването на състояния на обекти и следователно широко се използват по-информативни, но и по-сложни методи, свързани с кепстрални, корелационни и кохерентни трансформации. Техническите трудности не позволяват на аналоговото оборудване да измерва директно кръстосания спектър, което е необходимо за определяне на кохерентната функция и редица други информационни трансформации, като в същото време, използвайки цифрова технология, е по-лесно да се получат тези характеристики на сигнала.
Интензивното развитие на цифровите изчислителни технологии, създаването на високоскоростни периферни устройства, минимизирането на размера на елементите на устройството на съвременните компютри, сравнително ниската скорост на разпространение на вибрациите и ограниченият честотен диапазон на анализираните сигнали осигуряват висока ефективност на анализа на вибрационни сигнали на цифрови компютри (DCM). Възможността за гъвкава промяна на алгоритмите за обработка на сигнала и скоростта на анализ с достатъчно сложни алгоритми води до факта, че в момента цифровите анализиращи устройства заменят аналоговите. Освен това целият набор от алгоритми може да бъде представен като пакет от приложни програми за компютър, което позволява да се откаже използването на специализирани инструменти за анализ в научните изследвания и разработването на диагностични модели на обекти.
Анализаторът от този тип включва самия компютър с периферни входно-изходни устройства за информация (клавиатура, манипулатор на мишката, монитор-дисплей и др.), платки, които въвеждат и натрупват цифрови данни вкомпютърни (предварителна обработка) и кондициониращи предусилватели, които усилват аналоговите сигнали и ги преобразуват в цифрова форма. Схемата на цифровия анализатор е показана на фиг. 3.10.
Ориз. 3.10. Схема на цифров анализатор на базата на цифров компютър.
Преобразуването на непрекъснат аналогов сигнал в цифрова форма се извършва с помощта на аналогово-цифров ADC преобразувател, който осигурява дискретизация на сигнала във времето и квантуване на сигнала по ниво. Основата на преобразуването на сигнала едно към едно е правилният избор на честотата на дискретизацияfd и броя на нивата на квантуванеNmax..
Според теорията на Котелников едно към едно съответствие на преобразуването на непрекъснати сигнали в дискретна форма е осигурено заfd ³ 2Df e, къдетоDf e е ефективната честотна лента на спектъра на сигнала. Намаляването наf d води до намаляване на обема на паметта и следователно увеличава скоростта на анализатора, обикновено това се постига чрез подчертаване на най-информативната част от спектъра с помощта на филтри.
При квантоване на ниво амплитудата на сигнала по време на вземане на проби се преобразува в цифрова форма. Диапазонът на квантуване на сигнала по ниво се определя от динамичния диапазон на сигнала на изхода на вибрационния преобразувател. Динамичният обхват на ADC се определя катоDadc = 20 ln Nmax = 20 ln(2 m - 1), къдетоNmax = 2 m - 1 е максималният брой, генериран от ADC с битове.
Наред с анализаторите на базата на цифров компютър са разработени специализирани цифрови анализатори с вграден интерфейс за цифров обмен с цифров компютър. Такива анализатори ефективно и бързо извършват цифрови трансформации на Фурие и изчисляват редица специални характеристики на спектъра на сигнала ипо своята същност са високоспециализирани цифрови компютри.
Напоследък на пазара за прецизна измервателна техника се появяват все повече цифрови компактни, преносими устройства с вграден процесор и възможност за софтуерна обработка, запис на данни и прехвърлянето им на компютър за по-нататъшна обработка. Появата на един от тези инструменти - шумомер тип 2237 от Brüel & Kjær е показан на фиг.311.
Ориз. 3.11. Външен вид на компактен цифров шумомер тип 2237 от Brüel & Кяер.