Міністерство освіти і науки України
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЇ І ДИЗАЙНУ
Кафедра автоматизації та комп'ютерних систем
РЕФЕРАТ
З курсу: "Інтелектуальні сенсорні системи "
на тему:
"Види сигналів, їх спектри. Прилади для аналізу спектрів сигналів "
Підготувала:
Ст. гр. Бак-3-06 Альоша А.А.
Перевірив: Кущинський О.А.
Київ 2010
1) Сигнал - це матеріальний носій інформації. У природі він проявляється у вигляді деякого фізичного процесу.
Зазвичай сигнал, незалежно від його фізичної природи, являють як деяку функцію часу x (t). Таке уявлення є загальноприйнята математична абстракція фізичного сигналу .
Кожен сигнал характеризується деякими параметрами. Наприклад, функція x (t) має два параметри - Рівень або значення "x" і час "t". Для безперервного або аналогового сигналу обидва параметри є безперервними величинами, тобто мають нескінченну безліч значень.
дискретизувати називають сигнал, у якого хоча б один параметр є дискретною величиною, тобто має кінцеве безліч значень.
Спектр (лат. spectrum від лат. specter - бачення, примара) у фізиці - розподіл значень фізичної величини (зазвичай енергії, частоти або маси). Графічне представлення такого розподілу називається спектральною діаграмою [Джерело не вказано 180 днів]. Зазвичай під спектром розуміють електромагнітний спектр - спектр частот (або, що те ж саме, енергій квантів) електромагнітного випромінювання. В науковий обіг термін спектр ввів Ньютон в 1671-1672 роках для позначення багатобарвної смуги, схожою на веселку, яка виходить при проходженні сонячного променя через трикутну скляну призму.
На рис.1 (ліворуч) представлені основні види сигналів, використовуваних в ультразвукових діагностичних системах.
Вид сигналів, використовуваних в ультразвуковій діагностиці (ліворуч), і відповідних їм амплітудно-частотних спектрів (праворуч).
Сигнали та їх спектри зв'язані між собою перетворенням Фур'є,
а - В-режим,
б - CW-режим,
в - PW-режим - одиночний імпульс,
г - PW-режим - пачка з N імпульсів.
спектр сигнал радіочастотний цифровий
Ці сигнали випромінюються датчиками, а одержувані в результаті відображення в тканинах ехо-сигнали приймаються тими ж датчиками і далі посилюються і перетворюються в системі. Кожен із сигналів може бути представлений у вигляді суми синусоїдальних (Гармонічних) коливань з різними частотами, амплітудами і фазами. Таке уявлення називається спектром сигналу. Спектр характеризує розподіл інтенсивності сигналу по частотах, тобто визначає, які частотні складові представлені більше або менше в сигналі. Спектр - дуже важлива характеристика сигналу і пов'язана з тимчасовим видом сигналу взаємно-однозначної залежністю. Якщо відомий вид сигналу, то спектр сигналу може бути обчислений за допомогою так званого перетворення Фур'є. І навпаки - Знаючи амплітудно-фазовий спектр, можна визначити вид сигналу на осі часу шляхом обчислення зворотного перетворення Фур'є. Природно, що приймаються ехо-сигнали також характеризуються спектром, який може бути обчислений за допомогою перетворення Фур'є.
Розглянемо імпульсний сигнал, використовуваний для отримання двомірного серошкального зображення в В-режимі (рис.1 а). Тривалість цього сигналу П„і дуже мала, що обумовлено прагненням отримати гарну поздовжнє дозвіл. Амплітудний спектр G (f) цього сигналу, навпаки, дуже широкий. Взагалі для сигналів простої форми існує чіткий зв'язок між тривалістю сигналу П„і і шириною його спектру О”f: чим коротше імпульс, тим ширше його спектр, і навпаки, чим довший сигнал, тим вже спектр. Ширина спектра (за рівнем 0,5 від максимуму спектра GM) наближено дорівнює О”f = 1/П„і
У реально використовуваних датчиках сигнали в В-режимі мають ширину спектру О”f не менше 40 Г· 50% від центральної частоти f0. Наприклад, при роботі з датчиком 3,5 МГц (f0 = 3,5 МГц), ширина спектру - не менше 1,4 МГц. Тривалість сигналу П„і при цьому не більше 0,7 мкс. У сучасних системах все частіше використовуються сигнали з ще більш широким спектром частот, що забезпечує високу роздільну здатність.
Безперервно-временное перетворення Фур'є
Визначення: Безперервно-тимчасовим перетворенням Фур'є називається функція
У спектральному аналізі змінна в комплексній синусоїді відповідає частоті, вимірюваної в герцах, якщо змінна вимірюється в одиницях часу (в секундах). По суті справи, безперервно-временное перетворення Фур'є ідентифікує частоти і амплітуди тих комплексних синусоїд, на які розкладається деякий довільне коливання.
Визначення: Зворотне перетворення Фур'є визначається виразом
Існування прямого і зворотного перетворень Фур'є з безперервним часом для даної функції визначається цілою низкою умов. Одне з достатніх умов полягає в тому, що сигнал повинен бути абсолютно інтегрованим в сенсі
2) Аналізатор спектра - прилад для спостереження і вимірювання відносного розподілу енергії електричних (електромагнітних) коливань в смузі частот.
Радіоспектрометр (астрономічний) - аналізатор спектру космічних радіовипромінювань, що представляє собою спеціальний радіотелескоп або приставку до радіотелескопа. Існують також хімічні радіоспектрометри, близькі за принципом дії, але мають інше призначення.
Класифікація аналізаторів спектру:
1) За діапазону частот - низькочастотні, радіодіапазону (широкосмугові) і оптичного діапазону.
2) За принципом дії - паралельного і послідовного типу.
3) За способом обробки вимірювальної інформації та поданням результатів - аналогові і цифрові.
4) За характером аналізу - скалярні, що дають інформацію тільки про амплітудах гармонійних складових спектру, і векторні, що надають також інформацію про фазових співвідношеннях.
Аналізатор спектра дозволяє визначити амплітуду і частоту спектральних компонент, що входять до складу аналізованого процесу. Найважливішою його характеристикою є роздільна здатність: найменший інтервал по частоті між двома спектральними лініями, які ще поділяються аналізатором спектру. Аналізатор спектру може дати істинний спектр тільки тоді, коли аналізоване коливання періодично, або існує тільки в межах інтервалу. При аналізі тривалостей процесів аналізатор спектра дає не істинний спектр, а його оцінку, залежну від часу включення і часу аналізу. Так як спектр коливання може в загальному випадку змінюватися в часі, то оцінка дає т. н. поточний спектр.
НЧ аналізатори бувають паралельного і послідовного типу (частіше паралельного) і призначені для роботи в діапазонах частот від декількох герц до десятків - сотень кілогерц. Використовуються в акустиці, наприклад, при дослідженні характеристик шуму, при розробці й обслуговуванні аудіоапаратури і в інших цілях. Аналізатори, використовувані для контролю якості живильної електромережі, інакше називаються аналізаторами гармонік.
Радіочастотні аналізатори
Більшість радіочастотних аналізаторів є широкосмуговими, дозволяють працювати в смузі від декількох кілогерц до одиниць - сотень гігагерц, як правило, це аналізатори послідовного типу. Застосовуються для аналізу властивостей радіосигналів, для дослідження характеристик радіопристроїв.
Аналізатори послідовного типу
Аналізатори послідовного типу є найбільш поширеним видом аналізаторів для дослідження радіосигналів, принцип їх дії полягає в скануванні смуги частот за допомогою перестраеваемого гетеродина. Складові спектру послідовно переносяться на проміжну частоту...
