सिग्नल प्रोसेसिंग कसे कार्य करते

सिग्नल म्हणजे काय?

सिग्नल हे कोणतेही फिजिकल व्हेरिएबल आहे ज्याचे मूल्य किंवा कालांतराने त्यात होणारा बदल यात माहिती असते. ही माहिती भाषण आणि संगीत किंवा हवेचे तापमान किंवा खोलीतील प्रकाश यासारख्या भौतिक प्रमाणांशी संबंधित असू शकते. इलेक्ट्रिकल सिस्टीममध्ये माहिती वाहून नेणारी भौतिक चल आहेत व्होल्टेज आणि वर्तमान.

या लेखात, "सिग्नल" द्वारे आमचा अर्थ प्रामुख्याने व्होल्टेज किंवा करंट आहे. तथापि, येथे चर्चा केलेल्या बहुतेक संकल्पना अशा प्रणालींसाठी वैध राहतील ज्यामध्ये इतर व्हेरिएबल्स माहिती वाहक असू शकतात. अशाप्रकारे, यांत्रिक प्रणालीचे वर्तन (चल-बल आणि वेग) किंवा हायड्रोलिक प्रणाली (व्हेरिएबल्स-दाब आणि प्रवाह) सहसा समतुल्य विद्युत प्रणालीद्वारे किंवा जसे म्हणतात, सिम्युलेटेड केले जाऊ शकते. म्हणून, इलेक्ट्रिकल सिस्टीमचे वर्तन समजून घेणे ही घटनांची विस्तृत श्रेणी समजून घेण्यासाठी एक आधार प्रदान करते.

अॅनालॉग आणि डिजिटल सिग्नल

सिग्नल दोन स्वरूपात माहिती वाहून नेऊ शकतो. अॅनालॉग सिग्नल व्होल्टेज किंवा करंटच्या वेळेत सतत बदल होण्याच्या स्वरूपात माहिती वाहून नेली जाते. द्वारे व्युत्पन्न व्होल्टेज अॅनालॉग सिग्नलचे उदाहरण आहे थर्मोकूपल जंक्शन येथेवेगवेगळ्या तापमानात. जेव्हा जंक्शनमधील तापमानाचा फरक बदलतो, तेव्हा थर्मोकपल्समधील व्होल्टेज बदलतो. अशाप्रकारे, व्होल्टेज तापमानातील फरकाचे एनालॉग प्रतिनिधित्व देते.

थर्मोकूपल - तांबे आणि कॉन्स्टंटन सारख्या दोन भिन्न धातूंचे संयुग. दोन जंक्शन्सद्वारे व्युत्पन्न होणारा व्होल्टेज त्यांच्यातील तापमानाचा फरक मोजण्यासाठी वापरला जातो.

हा आणखी एक प्रकारचा सिग्नल आहे डिजिटल सिग्नल… हे दोन स्वतंत्र फील्डमध्ये मूल्ये घेऊ शकते. असे सिग्नल चालू/बंद किंवा होय-नाही माहितीचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी वापरले जातात.

उदाहरणार्थ, होम थर्मोस्टॅट हीटर नियंत्रित करण्यासाठी डिजिटल सिग्नल तयार करतो. जेव्हा खोलीचे तापमान पूर्वनिर्धारित मूल्यापेक्षा कमी होते, तेव्हा थर्मोस्टॅट स्विच संपर्क बंद करतो आणि हीटर चालू करतो. खोलीचे तापमान पुरेसे उच्च झाल्यावर, स्विच हीटर बंद करतो. स्विचद्वारे प्रवाह तापमानातील बदलाचे डिजिटल प्रतिनिधित्व देते: चालू खूप थंड आहे आणि बंद खूप उबदार आहे.

तांदूळ. 1. अॅनालॉग आणि डिजिटल सिग्नल

सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम

सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टीम हा परस्पर जोडलेले घटक आणि उपकरणांचा एक संच आहे जो इनपुट सिग्नल (किंवा इनपुट सिग्नलचा गट) स्वीकारू शकतो, माहिती काढण्यासाठी किंवा त्याची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी विशिष्ट पद्धतीने सिग्नलवर कार्य करू शकतो आणि आउटपुटमध्ये माहिती सादर करू शकतो. योग्य फॉर्म आणि योग्य वेळी.

भौतिक प्रणाल्यांमधील अनेक विद्युत सिग्नल्स नावाच्या उपकरणांद्वारे व्युत्पन्न केले जातात सेन्सर्स… आम्ही आधीच अॅनालॉग सेन्सरचे उदाहरण वर्णन केले आहे - थर्मोकूपल. ते तापमानातील फरक (भौतिक चल) व्होल्टेज (विद्युत चल) मध्ये रूपांतरित करते. साधारणपणे सेन्सर - एक उपकरण जे भौतिक किंवा यांत्रिक प्रमाणाला समतुल्य व्होल्टेज किंवा वर्तमान सिग्नलमध्ये रूपांतरित करते. तथापि, थर्मोकूपलच्या विपरीत, बर्‍याच सेन्सर्सना ऑपरेट करण्यासाठी काही प्रकारच्या विद्युत उत्तेजनाची आवश्यकता असते.

इनपुट सिग्नलमध्ये असलेली माहिती कशी वापरली जाईल यावर अवलंबून, सिस्टमच्या आउटपुटवर सिग्नलची निवड विविध स्वरूपात केली जाऊ शकते. माहिती एकतर अॅनालॉग स्वरूपात प्रदर्शित केली जाऊ शकते (उदाहरणार्थ, एखादे उपकरण ज्यामध्ये बाणाची स्थिती स्वारस्याच्या व्हेरिएबलचे मूल्य दर्शवते) किंवा डिजिटल स्वरूपात (डिस्प्लेवरील डिजिटल घटकांची प्रणाली वापरून जी संख्या दर्शवते. आमच्या व्याजाच्या मूल्याशी संबंधित).

इतर शक्यता म्हणजे आउटपुट सिग्नल्सचे ध्वनी उर्जेमध्ये (लाउडस्पीकर) रूपांतर करणे, त्यांचा दुसर्‍या सिस्टमसाठी इनपुट सिग्नल म्हणून वापर करणे किंवा नियंत्रणासाठी वापरणे. यापैकी काही प्रकरणे स्पष्ट करण्यासाठी काही उदाहरणे पाहू या.

दळणवळण यंत्रणा

एका संप्रेषण प्रणालीचा विचार करा ज्याचे इनपुट सिग्नल भाषण, संगीत किंवा काही प्रकारचे डेटा असू शकतात जे एका ठिकाणी तयार केले जातात आणि मूळ इनपुट सिग्नल अचूकपणे पुनर्प्राप्त करण्यासाठी लांब अंतरावर विश्वसनीयरित्या प्रसारित केले जातात.

उदाहरण म्हणून, अंजीर. 2 हे पारंपारिक ऍम्प्लिट्यूड मॉड्युलेशन (AM) प्रसारण प्रणालीचे एक योजनाबद्ध आकृती आहे.एएम मॉड्युलेशनमध्ये, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलचे मोठेपणा (पीक-टू-पीक) कमी-फ्रिक्वेंसी सिग्नलच्या (ध्वनी फ्रिक्वेन्सीशी संबंधित ऑडिओ सिग्नल) च्या परिमाणानुसार बदलते.

तांदूळ. 2. अॅम्प्लीट्यूड मॉड्युलेशनसह प्रसारण संप्रेषण प्रणाली

एएम रेडिओ ब्रॉडकास्टिंग सिस्टीमचा ट्रान्समीटर इनपुट उपकरण (मायक्रोफोन) वरून इनपुट सिग्नल घेतो, रेडिओ फ्रिक्वेंसी सिग्नलचे मोठेपणा नियंत्रित करण्यासाठी या सिग्नलचा वापर करतो (प्रत्येक रेडिओ स्टेशनची स्वतःची विशिष्ट रेडिओ वारंवारता असते), आणि रेडिओ वारंवारता प्रवाह आउटपुट डिव्हाइस (अँटेना) चालवते जे अवकाशात उत्सर्जित होणाऱ्या विद्युत चुंबकीय लहरी निर्माण करते.

रिसीव्हिंग सिस्टममध्ये इनपुट डिव्हाइस (अँटेना), प्रोसेसर (रिसीव्हर) आणि आउटपुट डिव्हाइस (लाउडस्पीकर) असतात. रिसीव्हर अँटेनामधून मिळालेल्या तुलनेने कमकुवत सिग्नलला वाढवतो (मजबूत बनवतो), इतर सर्व ट्रान्समीटरच्या सिग्नलमधून इच्छित रेडिओ फ्रिक्वेन्सीचा सिग्नल निवडतो, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलच्या मोठेपणातील बदलाच्या आधारावर ऑडिओ सिग्नलची पुनर्रचना करतो आणि या ऑडिओ सिग्नलसह स्पीकरला उत्तेजित करते.

मापन प्रणाली

विशिष्ट भौतिक प्रणालीच्या वर्तनाबद्दल संबंधित सेन्सर्सकडून माहिती प्राप्त करणे आणि ही माहिती नोंदवणे हे मोजमाप यंत्रणेचे कार्य आहे. अशा प्रणालीचे उदाहरण म्हणजे डिजिटल थर्मामीटर (चित्र 3).

तांदूळ. 3. डिजिटल थर्मामीटरचे कार्यात्मक आकृती

दोन थर्मोकूपल कनेक्शन - एक शरीराच्या थर्मल संपर्कात ज्याचे तापमान मोजले जाणार आहे, दुसरे बर्फाच्या कंटेनरमध्ये बुडवलेले (स्थिर संदर्भ बिंदू प्राप्त करण्यासाठी) - एक व्होल्टेज तयार करतात जे शरीर आणि बर्फ यांच्यातील तापमानाच्या फरकावर अवलंबून असते. . हे व्होल्टेज प्रोसेसरमध्ये दिले जाते.

थर्मोकूपल व्होल्टेज तपमानाच्या फरकाशी अचूक प्रमाणात नसल्यामुळे, कठोर आनुपातिकता प्राप्त करण्यासाठी एक लहान सुधारणा आवश्यक आहे. सुधारणा प्रगतीपथावर आहे रेखीय उपकरण… थर्मोकूपलमधून अॅनालॉग व्होल्टेज प्रथम वाढवले ​​जाते (म्हणजे अधिक बनवते), नंतर रेखीय आणि डिजीटाइज्ड केले जाते. शेवटी, ते थर्मामीटरचे आउटपुट उपकरण म्हणून वापरल्या जाणार्‍या डिजिटल डिस्प्ले रजिस्टरमध्ये दिसते.

जर संप्रेषण प्रणालीचे मुख्य कार्य स्त्रोत सिग्नलची योग्य प्रत प्रसारित करणे असेल, तर मोजमाप प्रणालीचे मुख्य कार्य संख्यात्मकदृष्ट्या योग्य डेटा प्राप्त करणे आहे. म्हणूनच, अशी अपेक्षा केली पाहिजे की त्याच्या प्रक्रियेच्या कोणत्याही टप्प्यावर सिग्नल विकृत करू शकणार्‍या अगदी लहान त्रुटी शोधणे आणि त्यांचे निर्मूलन करणे हे मोजमाप यंत्रणेसाठी विशेष महत्त्व असेल.

अभिप्राय नियंत्रण प्रणाली

आता फीडबॅक कंट्रोल सिस्टमचा विचार करा ज्यामध्ये आउटपुटवरील माहिती सिस्टम नियंत्रित करणारे सिग्नल बदलते.

Fig.4 खोलीचे तापमान राखण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या थर्मोस्टॅटचे आकृती दाखवते. खोलीचे तापमान निश्चित करण्यासाठी सिस्टममध्ये इनपुट डिव्हाइस असते (सामान्यतः हे द्विधातु पट्टीजे तापमान बदलते तेव्हा वाकते), इच्छित तापमान सेट करण्याची यंत्रणा (मुख्य डायल) आणि बाईमेटेलिक रिलेद्वारे कार्यरत यांत्रिक स्विच आणि हीटर नियंत्रित करते.

तांदूळ. 4. बंद-लूप नियंत्रण प्रणालीचे उदाहरण

एक उदाहरण म्हणून ही साधी प्रणाली वापरणे, ज्यामध्ये प्रत्यक्षात स्विच व्यतिरिक्त कोणतेही विद्युत घटक नाहीत, विचार करा अभिप्राय संकल्पना… समजा अंजीर मधील अभिप्राय ओळ.3 तुटलेला आहे, म्हणजेच हीटर चालू आणि बंद करण्यासाठी कोणतीही यंत्रणा नाही. मग खोलीतील तापमान एकतर विशिष्ट कमाल (हीटरच्या सतत समावेशाशी संबंधित) पर्यंत वाढेल किंवा विशिष्ट किमान (हीटर सर्व वेळ बंद आहे या वस्तुस्थितीशी संबंधित) पर्यंत घसरेल.

समजा ते कमाल तापमानात खूप गरम आहे आणि किमान तापमानात खूप थंड आहे. या प्रकरणात, हीटर चालू आणि बंद करण्यासाठी काही «कंट्रोल डिव्हाइस» प्रदान करणे आवश्यक आहे.

असे "नियंत्रण यंत्र" अशी व्यक्ती असू शकते जी थंड झाल्यावर हीटर चालू करते आणि गरम झाल्यावर बंद करते. आधीच या स्तरावर, सिस्टम (चेहऱ्यासह) एक बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली आहे, कारण आउटपुट सिग्नल (खोलीचे तापमान) बद्दल माहिती नियंत्रण सिग्नल बदलण्यासाठी (हीटर चालू आणि बंद करणे) वापरली जाते.

थर्मोस्टॅट आपोआप जे मनुष्य करेल तेच करतो, म्हणजे तापमान सेट बिंदूच्या खाली गेल्यावर हीटर चालू करणे आणि अन्यथा ते बंद करणे. इतर अनेक अभिप्राय प्रणाली आहेत, ज्यामध्ये सिग्नल प्रक्रिया केली जाते इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा वापर.