外文翻譯--模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換器.doc

模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換器前面我們已經(jīng)提到，人們?cè)谀M轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)節(jié)器和A/D轉(zhuǎn)換器等的使用上已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。因此，目前大部分的系統(tǒng)自然都采用這些技術(shù)。然而，還有很大一部分測(cè)量方法實(shí)質(zhì)是數(shù)字的，在個(gè)別的測(cè)量?jī)x中使用這些方法時(shí)，需要用到一些積分電路，如頻率計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)電路等來(lái)提供指示輸出。另外，如果把這種轉(zhuǎn)換器和電腦相連的話(huà)，就可以省去一些器材；因?yàn)楹芏嘤蟹e分電路執(zhí)行的工作可以由計(jì)算機(jī)程序代為執(zhí)行。柯林斯把在控制和測(cè)量系統(tǒng)中處理的信號(hào)分為以下幾類(lèi)：（1）模擬式。盡管系統(tǒng)的被測(cè)數(shù)最初通過(guò)傳感器得到的是模擬信號(hào)，然后通過(guò)設(shè)計(jì)或采用原有的方法將模擬形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電模擬信號(hào)。（2）數(shù)字碼式。產(chǎn)生的信號(hào)是并行的數(shù)字信號(hào)，每一位的基數(shù)權(quán)重由預(yù)先編定的號(hào)碼系統(tǒng)決定。在本書(shū)中這些儀器稱(chēng)作直接數(shù)字轉(zhuǎn)換器。（3）數(shù)字式。其中的函數(shù)是指測(cè)量參數(shù)時(shí)用到的量度標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)重復(fù)信號(hào)取平均值。這些儀器在后來(lái)稱(chēng)為頻域轉(zhuǎn)換器。特別地，一些模擬轉(zhuǎn)換器適合用一些特別的技術(shù)來(lái)把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。其中最通用的方法是同步法和相似儀器的方法，即產(chǎn)生載波頻率的調(diào)制輸出的方法。在用作普通的模擬量輸出儀器時(shí)，輸出量必須經(jīng)過(guò)解調(diào)。解調(diào)后輸出的是直流信號(hào)，支流信號(hào)的大小和方向描述了轉(zhuǎn)換器運(yùn)動(dòng)元件的偏移。雖然使用傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)可以用來(lái)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，在提供高精度時(shí)采用這些新技術(shù)將同步輸出直接變?yōu)閿?shù)字輸出，比用A/D轉(zhuǎn)換方法更快。直接數(shù)字轉(zhuǎn)換器實(shí)際上用得很少，因?yàn)樵谧匀滑F(xiàn)象中很少有那種由溫度變化、壓力變化等因素作用而產(chǎn)生的可測(cè)量的離散的變化量。在普通的儀器系統(tǒng)中使用直接數(shù)字轉(zhuǎn)換器有如下優(yōu)點(diǎn)（即使在完成安裝時(shí)不使用計(jì)算機(jī)）：（1）容易產(chǎn)生、處理和存儲(chǔ)信號(hào)，如打控帶、磁帶等；（2）高精度和高分辨率的需要；（3）高介數(shù)字信號(hào)對(duì)外部噪聲的抗干擾性；（4）在簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)描述時(shí)的人機(jī)工程學(xué)優(yōu)勢(shì)（例如：數(shù)字讀出器能避免讀刻度或圖表時(shí)的判度錯(cuò)誤）。在直接數(shù)字轉(zhuǎn)換器中最能起作用的發(fā)展是軸編碼器。軸編碼器在機(jī)床和飛行系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。利用這些設(shè)備能達(dá)到很高的精度和分辨率，而且這些設(shè)備能進(jìn)行激動(dòng)連接，給出任何可測(cè)量物理偏移的直接數(shù)字輸出。這類(lèi)系統(tǒng)通常的缺點(diǎn)是儀器的慣性及編碼器限制了相應(yīng)的速度，因而也限制了操作頻率。頻域轉(zhuǎn)換器在線(xiàn)系統(tǒng)（測(cè)量量較少時(shí)）有著特殊的地位。因?yàn)橛?jì)算機(jī)能擔(dān)當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的部分工作，能用它自己的寄存器和時(shí)鐘來(lái)計(jì)算脈沖和測(cè)量脈沖寬度。在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須考慮到計(jì)算機(jī)存取和處理轉(zhuǎn)換器輸出所需的時(shí)間。自動(dòng)控制的應(yīng)用雖然自動(dòng)控制應(yīng)用范圍實(shí)際上是無(wú)限的，但是我們的討論僅限于現(xiàn)代工業(yè)中常見(jiàn)的幾個(gè)例子。伺服機(jī)構(gòu)雖然伺服機(jī)構(gòu)本身并不是一種控制的應(yīng)用，但是這種裝置在自動(dòng)控制中卻是常用的。伺服機(jī)構(gòu)，或簡(jiǎn)單稱(chēng)“伺服”，是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中的被控變量是機(jī)械位置或機(jī)械運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得輸出能迅速而精確地響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。因此，我們能把伺服機(jī)構(gòu)現(xiàn)象為一種隨動(dòng)裝置。另一種控制輸出變化率或輸出速度的伺服機(jī)構(gòu)稱(chēng)為速率或速度伺服機(jī)構(gòu)。過(guò)程控制過(guò)程控制是用來(lái)表示制造過(guò)程中多變量控制的一個(gè)術(shù)語(yǔ)?；S(chǎng)、煉油廠(chǎng)、食品加工廠(chǎng)、鼓風(fēng)爐、軋鋼機(jī)都是自動(dòng)控制用于生產(chǎn)過(guò)程的里子。過(guò)程控制就是把有關(guān)諸如溫度、壓力、流量、液位、黏度、密度、成分等這樣一些過(guò)程變量控制為預(yù)期值。發(fā)電電力工業(yè)首先關(guān)系到能量的轉(zhuǎn)換與分配。發(fā)電量可能超過(guò)幾千萬(wàn)千瓦的現(xiàn)代化大型電廠(chǎng)需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)來(lái)表明許多變量的相互關(guān)系，并提供最佳的發(fā)電量。發(fā)電廠(chǎng)的控制一般認(rèn)為是一種過(guò)程控制的應(yīng)用，而且通常有多打100個(gè)操縱變量受計(jì)算機(jī)控制。自動(dòng)控制已廣泛地用于電力分配。電力系統(tǒng)通常由幾個(gè)發(fā)電廠(chǎng)組成。當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)，電力的生產(chǎn)和傳輸要受到控制，使該系統(tǒng)達(dá)到運(yùn)行的最低要求。此外，大多數(shù)的大型電力系統(tǒng)都是相互聯(lián)系的，而且兩系統(tǒng)之間的電力流動(dòng)也受到控制。數(shù)字控制有許多加工工序，如鏜床、鉆床、銑削和焊接都必須以很高的精度重復(fù)進(jìn)行。數(shù)字控制是一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是稱(chēng)為程序的預(yù)定指令來(lái)控制一系列運(yùn)行。完成這些預(yù)期工序的指令被編程代碼，并且存儲(chǔ)在如穿孔紙帶、磁帶或穿孔卡片等某個(gè)介質(zhì)上。這些指令通常以數(shù)字形式存儲(chǔ)，故稱(chēng)為數(shù)字控制。指令辨認(rèn)要用工具、加工方法（如切削速度）及工具運(yùn)動(dòng)的軌跡（位置、方向、速度等）等參數(shù)。運(yùn)輸為了向現(xiàn)代化城市的各個(gè)地區(qū)提供大量的運(yùn)輸系統(tǒng)，需要大型、復(fù)雜的控制系統(tǒng)。目前正在進(jìn)行的幾條自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)中有每隔幾分鐘的高速火車(chē)。要保持穩(wěn)定的火車(chē)流量及提供舒適的加速和停站時(shí)的制動(dòng)，就需要自動(dòng)控制。飛機(jī)的飛行控制是在運(yùn)輸領(lǐng)域的另一項(xiàng)重要應(yīng)用。由于系統(tǒng)參數(shù)的范圍的廣泛以及控制之間的相互影響，飛行控制已被證明為最復(fù)雜的控制應(yīng)用之一。飛機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上常常是自適應(yīng)的-，即其操縱本身要適應(yīng)于周?chē)h(huán)境。例如一架飛機(jī)的性能在低空和高空可能是根本不同的，所以控制系統(tǒng)就必須作為飛行高度的函數(shù)進(jìn)行修正。船舶轉(zhuǎn)向和顛簸穩(wěn)定控制與飛行控制相似，但是一般需要更大的功率和較低的響應(yīng)速度。張琦，楊承先現(xiàn)代機(jī)電專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)M北京：清華大學(xué)出版社，20051.AnalogandDigitalTransducersAsmentionedpreviously,considerableexperiencehasbeenaccumulatedwithanalogtransducerssignalconditioning,signal；conditioning,A/Dconvertersetc.,anditisnaturalthatthemajorityofcurrentsystemstendtousethesetechniques.However,thereareanumberofmeasuringtechniquesthatareessentiallydigitinnature,andwhichwhenusedasseparatemeasuringinstrumentsrequiresomeintegraldigitalcircuitry,suchasfrequencycountersandtimingcircuits,toprovideanindicatoroutput.Thistypeoftransducer,ifcoupledtoacomputerdoesnotnecessarilyrequirethesameamountofequipmentsincemuchoftheprocessingdonebytheintegralcircuitrycouldbeprogrammedandperformedandperformedbythecomputer.Collinsclassifiesthesignalshandledincontrolandinstrumentationsystemsasfollows:(1)Analog,inwhichtheparameterofthesystemtobemeasuredalthoughinitiallyderivedinananalogformbyasensorisconvertedtoanelectricalanalog,eitherbydesignorinherentinthemethodsadopted；(2)Codeddigital,inwhichaparalleldigitalsignalisgenerated,eachbitradixweightedaccordingtosomepredeterminedcode.Thesearereferredtointhisbookasdirectdigitaltransducers；(3)Digital,inwhichafunction,suchasmeanrateofarepetitivesignal,isameasureoftheparameterbeingmeasured.Thesearesubsequentlyreferredtoasfrequencydomaintransducers.Someanalogtransducersareparticularlysuitedtoconversiontodigitaloutputsusingspecialtechniques.Themostpopularofthesearesynchros,andsimilardevices,whichproduceamodulatedoutputofacarrierfrequency.Forordinaryanaloguse,thisoutputhastobedemodulatedtoprovideasignalwhosemagnitudeandsignrepresentanyconventionalA/Dtechniquetoproduceadigitaloutput,therearetechniquesbywhichthesynchrooutputcanbeconverteddirectlytoadigitaloutputwhileprovidingahighaccuracyandresolution,andatafasterratethanispossibleintheA/Dconvertermethod.(1)Theeaseofgenerating,manipulatingandstoringdigitalsignals,aspunchedtape,magnetictapeetc.；(2)Theneedforhighmeasurementaccuracyanddiscrimination；(3)Therelativeimmunityofahighleveldigitalsignaltoexternaldisturbances(noise)；(4)Ergonomicadvantagesinsimplifieddatapresentation(e.g.digitalreadoutavoidsinterpretationerrorsinreadingscalesorgraphs).Themostactivedevelopmentindirectdigitaltransducerhasbeeninshaftencoders,whichareusedextensivelyinmachinetoolsandaircraftsystems.Highresolutionandaccuraciescanbeobtained,andthesedevicesmaybemechanicallycoupledtoprovideadirectdigitaloutputofanyparameterwhichgivesrisetoameasurablephysicaldisplacement.Theusualdisadvantageofthesesystemsisthattheinertiaoftheinstrumentandencoderoftenlimitthespeedofresponseandthereforetheoperatingfrequencies.Frequencydomaintransducershaveaspecialparttoplayinonlinesystemswithonlyfewvariablestobemeasured,sincethecomputercanactaspartofanA/Dconversionsystemanduseitsownregistersandclockforcountingpulsesormeasuringpulsewidth.Accessandprocessthetransduceroutput.I