Цифровой измерительный прибор

Цифровой измерительный  прибор  (ЦИП) — средство измерений, автоматически вырабатывающее сигналы  измерительной информации в цифровой форме. Цифровой измерительный прибор имеет ряд преимуществ перед аналоговыми приборами: удобство отсчитывания значений измеряемой величины, возможность полной автоматизации процесса измерений, регистрация результатов измерения с помощью цифропечатающих устройств и перфораторов. Поскольку результат измерения в ЦИП выражен в цифровом коде, измерительную информацию можно вводить в цифровую ЭВМ.  
 
В ЦИП происходит преобразование непрерывной измеряемой величины в цифровой код. Осуществляется этот процесс с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), в котором сигнал измерительной информации подвергается дискретизации, квантованию и кодированию. 
 
Дискретизация, т. е. процесс преобразования непрерывного сигнала измерительной информации в дискретный, может осуществляться как по времени, так и по уровню. Дискретизация по времени выполняется путем взятия отсчетов сигнала X(t) в определенные детерминированные моменты времени. Таким образом, от сигнала измерительной информации сохраняется только совокупность отдельных значений. Промежуток времени между двумя моментами дискретизации называют шагом дискретизации. Обычно моменты отсчетов на оси времени выбираются равномерно, т. е. шаг дискретизации постоянен. 
 
Дискретизация значений измерительного сигнала по уровню носит название квантования. Операция квантования сводится к тому, что непрерывная по времени и амплитуде величина заменяется ближайшим фиксированным значением по установленной шкале дискретных уровней. Эти дискретные (разрешенные) уровни образованы по определенному закону с помощью мер. Разность   между двумя разрешенными уровнями называют интервалом (шагом или ступенью) квантования. Интервал квантования может быть как постоянным, так и переменным. Временная дискретизация измерительного сигнала имеет смысл, когда его величина изменяется во времени. Если измерительный сигнал постоянен, достаточно осуществить квантование. Особым случаем является измерение времени (временного интервала). Процесс дискретизации здесь теряет смысл, и осуществляется квантование самого времени. 
 
Следующим преобразованием измерительного сигнала, является кодирование. Цифровым кодом называется последовательность цифр или сигналов, подчиняющаяся определенному закону, с помощью которой осуществляется условное представление численного значения величины. Графически описанные преобразования поясняются на рис. 1.1. Исходный измерительный сигнал X(t) (рис. 4.1, а) представляет собой непрерывную функцию времени. Дискретизация выполняется с интервалом  . Моменты дискретизации отмечены на рис. 1.1,а цифрами 1…9. Практически такую дискретизацию можно осуществить путем амплитудной модуляции исходным сигналом X(t) последовательности коротких импульсов с периодом  . Как видно из рис. 1.1,б, значения сигнала   полученные после дискретизации, точно соответствуют мгновенным значениям функции X(t). Если на том же рисунке отметить уровни квантования, расположенные друг от друга на расстоянии  , то часть дискретных значений сигнала окажется в промежутках между ними. Процесс квантования по уровню сводится к округлению дискретных значений сигнала до значений, соответствующих ближайшим разрешенным уровням. Так, в момент 1 мгновенное значение сигнала превышает уровень Х₃ на величину, несколько меньшую   (рис. 1.1, б). Округление производится в сторону уменьшения, и квантованное значение выбирается равным Х₃. В момент 2 значение сигнала превышает уровень Х₄ на величину, большую чем  . Квантованное значение принимается равным Х₅ (рис. 1.1, в). Последний этап заключается в преобразовании квантованного сигнала   в цифровой код. На рис. 1.1, г представлен для примера цифровой унитарный код  , соответствующий значениям квантованного сигнала. При таком способе кодирования число импульсов в кодовой группе прямо пропорционально уровню квантованного сигнала. Например, отсчету 7 соответствует уровень квантования Х₆, и в кодовой группе n₇ содержится шесть импульсов.