• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Виды помех и способы их описания

В научно-технической литературе авторы статей часто одно и тоже "паразитное" напряжение в электронном устройстве называют то шумом, то наводкой или помехой. Свобода применения данной терминологии, вызывает у читателя вопросы, что же такое шум, наводка и помеха?

В общем случае, всякому электронному устройству присущи:

• шумы – паразитные напряжения, возникающие в вследствие физических процессов, происходящих в его комплектующих элементах и характеризующиеся сложной временной и спектральной зависимостями;
• наводки – паразитные напряжения, возникающие вследствие его «паразитных» электрических связей с различными приборами, объединенных соответственно общим источником питания, общей энергетической сетью, общими измерительными, приемо-передающими линиями связи, и характеризующиеся определенной временной и спектральной зависимостями;
• помехи – паразитные напряжения, возникающие в нем, от воздействия физических полей различных внешних источников, и характеризующиеся временной и спектральной зависимостями случайной функции.

Наиболее обобщающим понятием "паразитных" напряжений возникающих в информационно-измерительных системах (ИИС) является понятие "помеха", так как она, может быть создана физической величиной, не измеряемой данной ИИС, но оказывающей влияние на результат измерения или самой измеряемой физической величиной, изменяющей характеристику ИИС и приводящей к нарушению пропорциональности между измеряемой величиной и результатом измерения. На рис.1 приведена структурная схема классификации физических величин, создающих помехи.

Рис.1 Физические величины, создающие помехи

При измерении и обработке физических сигналов наряду с полезной составляющей в реализации всегда присутствуют помехи. В процессе измерения реальный сигнал подвергается целому ряду последовательных преобразований:

• преобразование неэлектрической величины в электрическую форму;
• передача электрического сигнала по линиям связи;
• преобразование его в цифровую форму;
• линейные и нелинейные вторичные преобразования для получения необходимого вида измеряемой величины и т.д.

Все преобразования сигнала при измерении осуществляются преимущественно аппаратным способом, и каждое из них вносит свою долю в погрешность. Кроме того, измеряемый сигнал, как правило, взаимодействует и подвергается влиянию других сигналов.
В ИИС, принцип действия, которых основан на взаимодействии электронных измерительных и управляющих устройств, основным источником помех являются электромагнитные процессы, протекающие в самих устройствах и передающих линиях. Допустимый уровень электромагнитных помех определяется нормативно-техническим документом (Паспорт ИИС), а уровень помех, реально существующий в системе, является одним из основных показателей ее качества.

Некоторые виды помех, например, помехи в виде колебаний на радиочастоте могут быть уменьшены или исключены с помощью различных приемов, включая фильтрацию, тщательного продумывания расположения линий связи и элементов электронных схем. Однако действие помех не всегда может быть компенсировано аппаратными средствами и методическими приемами в процессе измерения, кроме того существуют помехи принципиально неустранимые, такие как флуктуации самой измеряемой величины в зависимости от изменения внешних условий измерения. Поэтому для анализа характера помехи при обработке измеренной реализации всегда присутствует этап предварительного анализа, на котором применяются дополнительные методы для выделения полезной составляющей и учета действие помех.

Заметим, что в цифровых системах измерения все сигналы представлены в виде отдельных временных отсчетов, зафиксированных в регистрах с ограниченной разрядностью. Таким образом, полученная реализация представляет собой дискретный во времени и квантованный по уровню сигнал. Погрешности цифрового представления информации являются непременной составной частью общего сигнала помехи, но в данном разделе не рассматриваются.

В фиксируемой реализации физического сигнала среди его компонентов выделяют два: полезная составляющая и помеха. Отметим, что полезная составляющая может быть отнесена к некоторым типовым класса сигналов:

• детерминированный монотонный сигнал;
• периодический – гармонический (одна гармоника заданной частоты) или полигармонический сигнал (несколько гармоник на кратных частотах);
• почти периодический сигнал (несколько гармоник на не кратных частотах);
• случайный сигнал.

Основной задачей любого измерения является получение реализации полезного сигнала с требуемой точностью. Для того, чтобы уметь учитывать действие помехи необходимо понимать причины и механизм возникновения помех, анализировать возможность их устранения или уменьшения. Задача организации измерения в условиях действия помех зачастую является крайне сложной и зависит от целого ряда конкретных условий проведения измерений. В то же время в механизме возникновения и действия помех можно выделить типовые ситуации и закономерности, которые позволяют классифицировать помехи по разным признакам и выработать рекомендации по их устранению и учету.

Представление помехи в виде некоторого типового сигнала позволяет теоретически обосновывать и анализировать способы ее устранения, применяя известные теоретические положения. Например, основные теоретические результаты по оценке точности цифровых измерений получены для нормального закона распределения вероятности амплитуды случайной составляющей помехи. Анализ закона распределения или его параметров и подтверждение предположения о нормальности дает возможность применить эти результаты на практике.

Помеха также как и полезный сигнал может быть многокомпонентным сигналом и сочетать в себе различные типы процессов, аналогичные перечисленным выше. Обычно помеху в виде детерминированной монотонной или медленно изменяющейся функции времени называют временным дрейфом или трендом, а случайную составляющую помехи – «шумом». В качестве помехи могут рассматриваться также детерминированные периодические и почти периодические процессы.