• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Типовые сигналы помехи и причины их возникновения

Тренд – сигнал, описываемый медленно или монотонно изменяющейся детерминированной функцией времени. Это низкочастотные процессы, для описания которых часто используются полиномы не выше 3 – 4 порядков или специальные нелинейные приближения. Получить представление о виде тренда можно, применив любой метод сглаживания процесса, например, метод скользящего среднего.
Возникновение трендов связано с накопление результата влияния постоянно действующих факторов, например, температуры окружающей среды или методических погрешностей в измерительных устройствах.

Периодические или почти периодические сигналы, которые составляют детерминированную колебательную компоненту помехи характеризуются тем, что их мощность сосредоточена на определенных частотах. Спектральная плотность мощности (СПМ) такой компоненты имеет дискретный линейчатый вид. При этом гармонический сигнал имеет СПМ в виде одной линии на заданной частоте.
Такие компоненты, как правило, возникают при наличии связи полезного сигнала с другими периодически повторяющимися сигналами. Например, периодическими могут быть наводки от питающего напряжения или периодически действующих импульсных сигналов.

Случайная составляющая помехи – шум – случайный процесс с некоторым законом распределения вероятности ординат и частотным спектром. В частном случае, который наиболее часто используется при теоретическом анализе, это – идеальный случайный процесс с нормальным распределением независимых ординат, т.е. нормально распределенный «белый шум».
Плотность вероятности нормального распределения (гауссова кривая) задается выражением

где m – математическое ожидание случайной составляющей, которое характеризует центр ее разброса, а сигма - среднеквадратическое отклонение, которое определяет степень разброса относительно m.
Для случайной составляющей помехи обычно принимается m=0, σ = const, которая определяет уровень шума при измерениях. Если учесть, что величина σ² характеризует модность помехи, очевидно, что значение или хотя бы порядок этой величины представляет интерес при измерениях.

Реальный «белый шум» занимает полосу порядка 10¹ – 10¹² Гц. Помехи типа «белого шума», возникают в комплектующих элементах электронных устройств, электронных лампах, транзисторах, операционных усилителях и так далее, и ограничивают их предельную чувствительность. В, то же время при реальных измерениях могут присутствовать шумы, обладающие взаимными связями (корреляцией) между своими отсчетами во времени, например, шум, связанный с атмосферными помехами, блуждающими токами и тому подобное. Шумы, характеризующиеся спектральной плотностью, отличной от постоянной величины иногда называют «цветными» или «окрашенными».

Описание помехи в виде случайного процесса принято для анализа помехи, возникающей в результате действия целого ряда известных причин, а также для описания неучтенных, неустранимых или неизвестных исследователю факторов, действующих во время измерений. Если сигнал помехи можно описать как типовой, то ля его анализа можно применить как экспериментальные, так и теоретические методы.

Для проведения теоретического анализа и изучения свойств помех существенным является также деление сигналов на непрерывные и дискретные. Непрерывные временные сигналы помехи возникают в аналоговой части системы или экспериментальной установки, а дискретные – в цифровой части системы в результате обработки или являются таковыми по физической сути. При описании реально возникающих сигналов это свойство всегда принимается во внимание.