معالجة الإشارة

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Signal conditioning" – news  · journalist  · books  · scholar  · JSTOR ( November 2007 ) ( Learn how and when to remove this message )

في مجال الإلكترونيات ومعالجة الإشارات ، معالجة الإشارة هي معالجة إشارة تناظرية بطريقة تلبي متطلبات المرحلة التالية للمعالجة الإضافية.

في تطبيق المحول التناظري إلى الرقمي (ADC)، تتضمن معالجة الإشارة تحديد الجهد أو التيار وتصفية التنعيم .

في تطبيقات هندسة التحكم ، من الشائع وجود مرحلة استشعار (تتكون من مستشعر )، ومرحلة معالجة إشارة (حيث يتم عادةً تضخيم الإشارة) ومرحلة معالجة (غالبًا ما يتم تنفيذها بواسطة محول تناظري رقمي وميكروكنترولر ) . تُستخدم مكبرات التشغيل (مضخمات التشغيل) عادةً لتنفيذ تضخيم الإشارة في مرحلة معالجة الإشارة. في بعض المحولات ، يتم دمج معالجة الإشارة مع المستشعر، على سبيل المثال في مستشعرات تأثير هول .

في إلكترونيات الطاقة ، قبل معالجة إشارات الإدخال المستشعرة بواسطة أجهزة استشعار مثل مستشعر الجهد ومستشعر التيار، تقوم عملية معالجة الإشارة بضبط الإشارات إلى المستوى المقبول للمعالج الدقيق.

تتضمن مدخلات الإشارة التي تقبلها معالجات الإشارة الجهد والتيار المستمر، والجهد والتيار المتردد ، والتردد والشحنة الكهربائية . يمكن أن تكون مدخلات المستشعر عبارة عن مقياس تسارع ، أو ترموكبل ، أو ترموستور ، أو مقياس مقاومة ، أو مقياس إجهاد أو جسر، أو LVDT أو RVDT . تتضمن المدخلات المتخصصة المشفر، أو العداد أو مقياس سرعة الدوران، أو المؤقت أو الساعة، أو المرحل أو المفتاح، وغيرها من المدخلات المتخصصة. يمكن أن تكون مخرجات معدات معالجة الإشارة عبارة عن جهد، أو تيار، أو تردد، أو مؤقت أو عداد، أو مرحل، أو مقاومة أو مقياس جهد، وغيرها من المخرجات المتخصصة.

يمكن أن تتضمن معالجة الإشارة التضخيم والترشيح والتحويل ومطابقة النطاق والعزل وأي عمليات أخرى مطلوبة لجعل خرج المستشعر مناسبًا للمعالجة بعد المعالجة.

استخدم اقتران التيار المتردد عندما تحتوي الإشارة على مكون تيار مستمر كبير. إذا قمت بتمكين اقتران التيار المتردد، فإنك تزيل إزاحة التيار المستمر الكبيرة لمضخم الإدخال وتضخم مكون التيار المتردد فقط. يجعل هذا التكوين استخدام النطاق الديناميكي للمحول التناظري الرقمي فعالاً

الترشيح هو وظيفة معالجة الإشارة الأكثر شيوعًا، حيث لا يحتوي طيف التردد للإشارة بالكامل عادةً على بيانات صالحة. على سبيل المثال، تتسبب خطوط الطاقة المترددة بتردد 50 أو 60 هرتز، الموجودة في معظم البيئات، في حدوث ضوضاء على الإشارات التي يمكن أن تسبب تداخلًا إذا تم تضخيمها.

يؤدي تضخيم الإشارة وظيفتين مهمتين: زيادة دقة إشارة الإدخال، وزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء. ^{[ بحاجة لمصدر ]} على سبيل المثال، من المحتمل أن يكون خرج مستشعر درجة الحرارة الإلكتروني ، والذي يقع على الأرجح في نطاق الملي فولت، منخفضًا جدًا بحيث لا يتمكن المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) من معالجته مباشرة. ^{[ بحاجة لمصدر ]} في هذه الحالة، من الضروري رفع مستوى الجهد إلى المستوى المطلوب بواسطة المحول التناظري إلى الرقمي ( ADC) .

تشتمل مكبرات الصوت المستخدمة بشكل شائع في معالجة الإشارة على مكبرات الصوت للعينات والاحتفاظ بها ، وكاشفات الذروة، ومكبرات الصوت للسجلات، ومكبرات الصوت المضادة للسجلات، ومكبرات الصوت للأجهزة ومكبرات الصوت القابلة للبرمجة. ^[1]

التوهين، وهو عكس التضخيم، ضروري عندما تكون الفولتية المراد رقمنتها خارج نطاق المحول التناظري الرقمي. يعمل هذا الشكل من معالجة الإشارة على تقليل سعة إشارة الإدخال بحيث تكون الإشارة المعالجة ضمن نطاق المحول التناظري الرقمي. يكون التوهين ضروريًا عادةً عند قياس الفولتية التي تزيد عن 10 فولت.

تتطلب بعض المستشعرات مصدر جهد أو تيار خارجي للإثارة، وتسمى هذه المستشعرات بالمستشعرات النشطة. (على سبيل المثال، مستشعر درجة الحرارة مثل الثرمستور ومقاوم المقاومة الحرارية، ومستشعر الضغط (المقاوم للضغط والسعة)، وما إلى ذلك). ترتبط ثبات ودقة إشارة الإثارة بشكل مباشر بدقة المستشعر وثباته.

إن الخطية ضرورية عندما تنتج المستشعرات إشارات جهد لا ترتبط خطيًا بالقياس الفيزيائي. الخطية هي عملية تفسير الإشارة من المستشعر ويمكن إجراؤها إما باستخدام معالجة الإشارة أو من خلال البرامج.

يمكن استخدام عزل الإشارة لتمرير الإشارة من المصدر إلى جهاز القياس دون اتصال مادي. وغالبًا ما يتم استخدامه لعزل المصادر المحتملة لاضطرابات الإشارة التي قد تتبع المسار الكهربائي من المستشعر إلى دائرة المعالجة. وفي بعض المواقف، قد يكون من المهم عزل المعدات باهظة الثمن المحتملة المستخدمة لمعالجة الإشارة بعد معالجتها من المستشعر.

يمكن استخدام العزل المغناطيسي أو البصري. يحول العزل المغناطيسي الإشارة من جهد إلى مجال مغناطيسي بحيث يمكن إرسال الإشارة دون اتصال مادي (على سبيل المثال، باستخدام محول). يعمل العزل البصري باستخدام إشارة إلكترونية لتعديل إشارة مشفرة بواسطة انتقال الضوء (الترميز البصري). ثم يتم استخدام انتقال الضوء المفكوك الشفرة كمدخل للمرحلة التالية من المعالجة.

يمتص واقي التيار الكهربائي ارتفاعات الجهد لحماية المرحلة التالية من التلف.