Частота дискретизации и aliasing
Цель: Изучить тему «Частота дискретизации и aliasing» и закрепить её практическими заданиями и самопроверкой.
2 акад. часа чтение и разбор теории, решение задач, работа со схемой или виртуальным стендом и проверка понимания.
Основной материал
ADC измеряет сигнал в отдельные моменты времени. Частота этих измерений называется sampling rate. Если измерять слишком редко, высокочастотная составляющая может «притвориться» более низкой частотой - возникает aliasing.
Критерий Найквиста
Для идеального восстановления ограниченного по полосе сигнала sampling rate должна быть выше удвоенной максимальной частоты полезного сигнала. На практике нужен запас и analog anti-alias filter.
Пример
Если вибрационный сигнал содержит информацию до 2 kHz, sampling 1 kHz совершенно недостаточен. Для медленной температуры с динамикой в десятки секунд, наоборот, 100 kHz не дает полезного преимущества и создает огромный поток данных.
Практическая работа
Для трех задач выберите разумный порядок sampling rate: температура большого резервуара; давление в пневматической линии; вибрация подшипника до 5 kHz. Обоснуйте не точные числа, а принцип выбора.
Самопроверка
• Что такое sampling rate?
• Что такое aliasing?
• Для чего нужен anti-alias filter?
• Почему слишком высокая sampling rate тоже имеет цену?
• От чего зависит разумная частота дискретизации?
Что нужно запомнить
- Если измерять слишком редко, высокочастотная составляющая может «притвориться» более низкой частотой - возникает aliasing.
- Для идеального восстановления ограниченного по полосе сигнала sampling rate должна быть выше удвоенной максимальной частоты полезного сигнала.
- Если вибрационный сигнал содержит информацию до 2 kHz, sampling 1 kHz совершенно недостаточен.
- Для медленной температуры с динамикой в десятки секунд, наоборот, 100 kHz не дает полезного преимущества и создает огромный поток данных.
- Для трех задач выберите разумный порядок sampling rate: температура большого резервуара; давление в пневматической линии; вибрация подшипника до 5 kHz.