Квантование по времени и квантование по уровню

Подавляющее большинство технологических параметров явля­ются аналоговыми, т.е. непрерывно изменяющимися во времени. Привлечение цифрового устройства — ЭВМ — к контролю и уп­равлению технологическими процессами требует решения двух вопросов: в какие моменты времени измерять аналоговые пара­метры и как преобразовывать в конкретное число значение пара­метра, которое может быть совершенно произвольным (конечно, в заданных пределах). Ответы на эти вопросы связаны с двумя процессами: квантованием по времени и квантованием по уров­ню — заменой аналогового (непрерывного) сигнала дискретны­ми (фиксированными, а значит, следующими друг за другом с разрывом) значениями.

В гл. 3 уже рассматривались понятия «дискретная величина» и «дискретный сигнал». Процесс превращения аналогового сигнала в дискретный называется квантованием сигнала.

Квантование по времени заключается в том, что из аналогового (непрерывного) сигнала выбираются отдельные его значения,

126

соответствующие моментам, когда измерительная аппаратура вы­полняет очередное измерение, т.е. преобразование этого сигнала в цифровой код. Моменты преобразования сигнала обозначены на рис. 5.20, а как t\, t₂ и т.д. Кружками (см. рис. 5.20, а) показаны значения сигнала в эти моменты, которые являются произволь­ными. Чем реже будут следовать моменты преобразования сигна­ла, тем сильнее он может измениться за промежуток времени между двумя преобразованиями, следовательно, снижается точность его преобразования. Поэтому чем быстрее может изменяться входной сигнал, тем чаще должны выполняться его преобразования, т.е. больше должна быть частота квантования.

Квантование по уровню заключается в создании шкалы уровней квантования, заполняющей весь диапазон возможных значений непрерывного сигнала (рис. 5.20, б). Уровни квантования отстоят друг от друга на шаг квантования, который определяется точнос­тью измерения сигнала используемой аппаратурой. При квантова­нии точные значения сигнала заменяются на ближайшие к ним значения шкалы квантования, т.е. округляются. Это хорошо видно на рис. 5.20, б, где для сравнения штриховой линией показан вход­ной сигнал. Следовательно, для повышения точности преобразо­вания следует уменьшать шаг квантования, повышая точность из­мерительной аппаратуры.

В автоматических системах контроля и измерения используют оба вида квантования одновременно. Квантование сигналов по времени позволяет заменить непрерывный процесс отслеживания значения сигнала импульсным, что высвобождает аппаратуру в промежутках между двумя преобразованиями сигнала и позволяет в эти промежутки производить измерения других сигналов. Каж­дый из сигналов в течение промежутка между двумя преобразова­ниями считается неизменяющимся. В результате автоматическая система «видит» непрерывный сигнал, показанный штриховой

линией на рис. 5.20, б, таким, как он представлен полужирной линией на этом рисунке.