Частота выборки при нормализации сигналов

Согласно критерию Найквиста требуется осуществлять выборку с частотой не менее чем вдвое превышающей частоту входного сигнала, поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя(АЦП). Это необходимо для того, чтобы избежать ошибок наложения спектров из-за дискретизации сигнала в АЦП. При соблюдении этого критерия можно получить от АЦП достаточно значимую информацию для определения частотных свойств измеряемого сигнала. Однако информации о частотных свойствах сигнала может быть недостаточно! Что делать в случае, если нужно восстановить форму сигнала?

Например, если произвести выборку(сэмплирование) в АЦП с частотой, ненамного превышающей частоту рассчитанную по критерию Найквиста, а затем попытаться использовать полученные данные для построения графика, отражающего форму входного сигнала, то это результат был бы ужасным!

Итак, насколько выше нужно брать частоту сэмплирования, чтобы реконструировать "разумный" график исходного сигнала? Сколько еще нужно иметь точек для восстановления "отличного" графика? Конечно, это зависит от определений "разумного" и "отличного". Кроме того, это зависит от вашей способности вычленять только частоту, представляющую интерес, и отсеивать все остальные частоты.

Для наблюдения только за интересующими нас частотами необходимо включение аналогового фильтра ПЕРЕД преобразователем аналогового сигнала в цифровые данные! Существует много различных типов аналоговых фильтров. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки. Каждый фильтр по-разному и иногда некорректно влияет на исходные данные. Более того, работоспособность фильтра определяется его конструктивными характеристиками и количеством полюсов в фильтре.

Компания Dataforth использует до 7 (семи) полюсов модифицированного фильтра Баттерворта в своих нормализаторах сигналов семейства SCM5B, и фильтров Бесселя в нормализаторах сигналов в семействах SCM7B и модулях DSCA, имеющих конструкцию с установкой на DIN рельс.

Выбранный тип фильтра определяет величину(число точек) дополнительной или избыточной выборки, необходимой для восстановления формы исходного сигнала в координатах амплитуда-время, чтобы получить хорошо выглядящий график.

В статье AN115 на сайте компании Dataforth более подробно описывается процесс и правила взятия выборок(сэмплирование) при построении систем сбора данных и контроля.

(Перевод данной статьи готовится и вскоре будет доступен на нашем сайте)
По материалам компании Dataforth Corporation (США).