아날로그 및 디지털 신호

계측은 물리적 프로세스의 측정 및 제어를 중심으로 하는 연구 및 작업 분야입니다. 이러한 물리적 프로세스에는 압력, 온도, 유속 및 화학적 일관성이 포함됩니다. 기기는 모든 종류의 물리적 프로세스를 측정 및/또는 제어하는 ​​역할을 하는 장치입니다. 전압과 전류의 전기적 양은 측정, 조작 및 장거리 전송이 용이하기 때문에 이러한 물리적 변수를 표현하고 원격 위치에 정보를 전송하는 데 널리 사용됩니다.

신호 정보를 전달하는 모든 종류의 물리량입니다. 가청 연설은 소리라는 물리적 매체를 통해 한 사람의 생각(정보)을 다른 사람에게 전달하기 때문에 확실히 일종의 신호입니다. 손짓도 빛을 통해 정보를 전달하는 신호입니다.

이 텍스트는 영어로 훈련된 마음에 의해 전기 회로에 대한 정보로 해석되는 또 다른 종류의 신호입니다. 이 장에서 시그널이라는 단어는 주로 표현하는 데 사용되는 전압 또는 전류의 전기적 양과 관련하여 사용됩니다. 또는 표시 다른 물리량.

아날로그 대 디지털

아날로그 신호는 범위를 따라 제한된 수의 단계를 갖는 것과는 대조적으로 연속적으로 가변적인 일종의 신호입니다(디지털 ). 아날로그 대 디지털의 잘 알려진 예는 시계입니다. 아날로그는 원형 눈금을 중심으로 천천히 회전하는 포인터가 있는 유형이고 디지털은 10진수 표시 또는 매끄럽지 않은 "초침"이 있는 유형입니다. 회전합니다.

아날로그 시계는 "바늘"이 부드럽고 쉬지 않고 움직이기 때문에 시간을 얼마나 정교하게 표시할 수 있는지에 대한 물리적 제한이 없습니다. 반면에 디지털 시계는 디스플레이가 허용하는 것보다 작은 시간 단위를 전달할 수 없습니다. 1초 간격으로 움직이는 "초침"이 있는 시계 유형은 최소 해상도를 가진 디지털 기기입니다. 1초.

아날로그 및 디지털 신호는 모두 현대 전자 제품에 적용되며 이 두 가지 기본 정보 형식 간의 차이점은 이 책의 뒷부분에서 훨씬 더 자세히 다룰 것입니다. 지금은 아날로그 신호를 사용하는 시스템이 더 단순하게 설계되는 경향이 있기 때문에 이 논의의 범위를 아날로그 신호로 제한하겠습니다.

이 주제에 대한 가장 기본적인 개요는 아날로그 및 디지털 전자 제품에 대한 비디오 자습서를 참조하십시오.

많은 물리량, 특히 전기적인 경우 아날로그 가변성은 쉽게 발생합니다. 이러한 물리량을 신호 매체로 사용하면 거의 무제한에 가까운 해상도로 정보의 변화를 표현할 수 있습니다.

산업 계측 시스템

산업 기기의 초기에는 압축 공기가 측정 기기에서 원격에 있는 표시 및 제어 장치로 정보를 전달하는 신호 매체로 사용되었습니다. 기압의 양은 측정되는 변수의 크기에 해당했습니다. 제곱인치당 약 20파운드(PSI)의 깨끗하고 건조한 공기가 튜브를 통해 공기 압축기에서 측정기로 공급된 다음 해당 출력 신호를 생성하기 위해 측정되는 양에 따라 해당 기기에서 조절되었습니다.

예를 들어, 저장 탱크의 물 높이("프로세스 변수")를 측정하도록 설정된 공압(공기 신호) 레벨 "전송기" 장치는 탱크가 비어 있을 때 낮은 기압을 출력하고 탱크가 비어 있을 때 중간 압력을 출력합니다. 부분적으로 가득 찼고 탱크가 완전히 가득 차면 고압이 되었습니다.

"수위 표시기"(LI)는 공압 신호 라인의 기압을 측정하는 압력 게이지에 불과합니다. 신호가 되는 이 기압 , 차례로 탱크의 수위를 나타냅니다. 탱크의 수위 변화는 공압 신호의 적절한 압력 변화로 나타낼 수 있습니다.

기압 장치의 역학에 의해 부과되는 특정 실제 제한을 제외하고, 이 공압 신호는 무한히 가변적이며 수위의 변화 정도를 나타낼 수 있으므로 아날로그입니다. 단어의 진정한 의미에서.

조잡해 보일 수 있지만 이러한 종류의 공압 신호 시스템은 전 세계의 많은 산업 측정 및 제어 시스템의 중추를 형성했으며 단순성, 안전성 및 신뢰성으로 인해 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 공기 압력 신호는 저렴한 튜브를 통해 쉽게 전송되고 쉽게 측정(기계식 압력 게이지 사용)되며 벨로우즈, 다이어프램, 밸브 및 기타 공압 장치를 사용하는 기계 장치로 쉽게 조작할 수 있습니다. 기압 신호는 측정 에만 유용한 것이 아닙니다. 물리적 프로세스, 그러나 제어 그들도 마찬가지입니다.

피스톤 또는 다이어프램이 충분히 크면 작은 공기 압력 신호를 사용하여 큰 기계적 힘을 생성할 수 있으며, 이는 밸브 또는 기타 제어 장치를 움직이는 데 사용할 수 있습니다. 공기압을 신호 매체로 사용하여 완전한 자동 제어 시스템이 만들어졌습니다. 간단하고 신뢰할 수 있으며 비교적 이해하기 쉽습니다. 그러나 공기 압력 신호 정확도에 대한 실제 제한은 일부 경우, 특히 압축 공기가 깨끗하고 건조하지 않고 튜브 누출 가능성이 있는 경우 너무 제한적일 수 있습니다.

솔리드 스테이트 전자 증폭기의 출현과 기타 기술의 발전으로 인해 전기적인 양의 전압과 전류가 아날로그 기기 신호 매체로 사용하기에 실용적이 되었습니다. 공압 신호를 사용하여 물 저장 탱크의 충만도에 대한 정보를 전달하는 대신, 전기 신호는 동일한 정보를 얇은 와이어(튜브 대신)를 통해 전달할 수 있으며 작동을 위해 공기 압축기와 같은 고가 장비의 지원이 필요하지 않습니다.

아날로그 전자 신호는 오늘날 계측 분야에서 여전히 사용되는 주요 신호 유형이지만(2001년 1월), 많은 애플리케이션에서 디지털 통신 모드로 자리를 내주고 있습니다(이 주제에 대해서는 나중에 자세히 설명). 기술의 변화에도 불구하고 기본 원칙을 철저히 이해하는 것은 항상 좋은 일이므로 다음 정보는 실제로 쓸모가 없습니다.

라이브 제로

많은 아날로그 계측 신호 시스템에 적용되는 한 가지 중요한 개념은 0퍼센트 표시가 "죽은" 시스템의 상태와 구별될 수 있도록 신호를 스케일링하는 표준 방법인 "라이브 제로"의 개념입니다. 공압 신호 시스템을 예로 들어보겠습니다. 트랜스미터 및 표시기의 신호 압력 범위가 0 ~ 12 PSI로 설계된 경우 0 PSI는 공정 측정의 0%를 나타내고 12 PSI는 100%를 나타내는 경우 수신된 신호 0%는 다음과 같습니다. 0% 측정값의 합법적인 판독값 또는 시스템이 오작동했음을 의미할 수 있습니다(공기 압축기 정지, 튜브 파손, 트랜스미터 오작동 등). 0 퍼센트 포인트가 0 PSI로 표시되면 서로를 쉽게 구별할 수 있는 방법이 없을 것입니다.

그러나 장비(송신기 및 표시기)를 3에서 15 PSI의 척도를 사용하도록 조정한다면, 3 PSI는 0%를 나타내고 15 PSI는 100%를 나타내면 모든 종류의 오작동으로 인해 기압이 0이 됩니다. 표시기는 -25%(0 PSI)의 판독값을 생성하며 이는 분명히 잘못된 값입니다. 그러면 표시기를 보는 사람이 문제가 있음을 즉시 알 수 있습니다.

모든 신호 표준이 라이브 제로 기준선으로 설정되지는 않았지만 더 강력한 신호 표준(3-15 PSI, 4-20 mA)이 설정되어 있으며 그럴만한 이유가 있습니다.

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