Файл: Уриг, Р. Статистические методы в физике ядерных реакторов.pdf

2. М е т о д с в о з в р а т о м к н у л ю (ВН). Лента в нор­ мальном состоянии находится в ненамагниченном состоянии. Еди­ ницы записываются намагничиванием ленты в одном направлении и нули записываются намагничиванием ленты в противоположном направлении. Лента возвращается к ненамагниченному состоянию после записи каждой двоичной единицы информации единицы или нуля (рис. 8.3, б).

3. М е т о д б е з в о з в р а т а к н у л ю с и з м е н е н и е м

Например, число 17369 в двоично-десятичном коде выражается как 0001 0111 ООП ОНО 1001, требуя для записи 20 двоичных единиц. В двоичной форме оно должно быть представлено 15-разрядным двоичным числом, так как 215 — 1 = 32767. Следовательно, 17369 в двоичной форме есть 100001111011001. Двоичное представление более эффективно для записи информации в том смысле, что данное число может быть представлено меньшим числом двоичных разрядов и требует меньше места на магнитной ленте.

Если число содержит десятые доли, необходимо вводить масштаб­ ный коэффициент. Масштабный коэффициент обычно также нужно записывать, если только он не является постоянным и может быть учтен при обработке информации. Например, если выходной сигнал

215

датчика изменяется в интервале от 0 до 1,023 б и имеет погрешность около 0,001 б, можно представить это напряжение в виде 10-разряд- ного числа, так как 210— 1 = 1023. Следовательно, масштабный ко­ эффициент равен 1000. В другом случае можно предположить, что максимальный сигнал равен 1023 мв, что может быть непосред­ ственно представлено 10-разрядным числом. При этом необходимость в масштабном коэффициенте снимается введением меньшей единицы измерения. Поскольку цифровые данные имеют погрешность только ±1/2 последнего значащего разряда, использование 10-разряд- ного представления дало бы погрешность ±1/2 мв.

Погрешность информации около милливольта, поэтому 10-раз- рядное представление достаточно точно. Если переменная может быть как положительной, так и отрицательной, для обозначения знака используется дополнительный разряд.

Лента с цифровой записью содержит малые области, которые намагничены в том или другом направлении, поэтому качество за­ писи может быть относительно невысоким по сравнению с лентой, на которой записаны аналоговые величины (при ЧМили прямой записи), но запись является четкой. Наличие значительного уровня шумов до 10% сигнала, требуемого для насыщения, не ухудшает качества выходного сигнала цифровой записи. «Взаимные помехи» между соседними каналами обычно не представляют каких-либо проблем, и на ленту шириной 12,7 мм обычно записываются до 7 дорожек без расположения головок в шахматном порядке, как это делается при записи аналоговых сигналов.

При записи на магнитную ленту плотность записи обычно сос­ тавляет 79, 219 и 315 двоичных единиц (или символов) на сантиметр

287 см1сек с помощью девятидорожечной записи на ленту шириной

25,4 мм.

Поскольку потеря единственного двоичного разряда в соответ­ ствующем месте может изменить знак или значение, то для обеспе­ чения точности записи в цифровой системе одна дорожка обычно служит для контроля четности. В типичном случае на семидорожеч­ ной ленте для информации отведены только 6 дорожек, а на седьмую

ниц нечетное, т. е. 1,3 или 5, тогда на дорожку контроля четности записывается нуль. При желании может быть использована по­ ложительная четность.

216

Типичная схема семидорожечной ленты показана на рис. 8.4. Приведенная на рисунке одна выборка информации состоит из двух символов; причем каждый символ в свою очередь состоит из семи разрядов, любой из которых может быть единицей или нулем. Один разряд в каждом символе служит для контроля четности, а осталь­ ные шесть обычно используются для записи данных. Обычно на сан­ тиметр ленты приходится не менее 80 символов. Рассмотрим 12-раз- рядное представление, включая знак выходного сигнала датчика. Это означает, что будут использоваться по крайней мере 2 символа

цифровой записью на семидорожечную магнитную ленту шириной 12,7 мм.

в секунду. При плотности 315 символов на сантиметр и скорости ленты 381 см/сек можно записать 60 000 дискретных данных в се­ кунду. Это значительно превышает любые потребности в записи при экспериментах с шумами в ядерных системах, и поэтому обычно применяется многоканальная передача (с разделением повремени) различных переменных.

§ 8.4. Аналого-цифровое преобразование

При подготовке информации, записанной в аналоговой форме, для цифровой обработки основным этапом является цифрование информации, т. е. преобразование ее из аналоговой в цифровую форму. Сюда включаются выборка из аналоговых данных за очень короткие интервалы времени (называемые апертурой), преобразо­ вание напряжения в число (обычно двоичное) и передача числа в со­ ответствующей форме на последующие этапы обработки. Апертура выборки должна быть достаточно мала, чтобы не происходило за­ метного изменения переменной. Такая выборка называется иногда импульсной выборкой. Типичная апертура выборки может состав­ лять 0,1 мксек, если применяется усилитель типа «выборка и хра­ нение». Часто используются два таких усилителя попеременно, чтобы избежать взаимодействия между последовательными выбор­ ками. Один усилитель производит выборку данных, а другой задер­ живает предыдущую выборку, пока она преобразуется в число.

Преобразователи с последовательным приближением. Анало­ го-цифровое преобразование (АЦП) производится путем сравнения

217

неизвестного напряжения, выдаваемого выбирающим и задержи­ вающим усилителем, с эталонным. Это сравнение может выполнять­ ся различными способами, каждый из которых имеет свои преи­ мущества и недостатки в отношении скорости, осуществимости и стоимости. Обычно используются преобразователи с последова­ тельным приближением, так как они обладают высоким быстродей­ ствием для широкого интервала приложений при разумных стоимо­ стях. Преобразователь последовательно делит эталонное напряже-

Время

6

Рис. 8.5. Преобразователь с последовательным приближением [2].

ние пополам. Например, при преобразовании напряжения в число с четырьмя значащими двоичными разрядами последовательные приближения происходят по этапам, показанным на рис. 8.5, а. Сначала преобразователь сравнивает половину полного диапазона (1000). Затем сравнивается либо четверть полного диапазона (0100), либо три четверти полного диапазона (1100) в зависимости от того, было ли предыдущее приближение больше или меньше выборки. После четырех приближений получается четырехразрядное число. Этот метод требует только одного шага на разряд для преобразова­ ния любой величины. Последовательные шаги, возможные при ра­ боте четырехразрядного преобразователя, показаны на рис. 8.6; полученная в результате дискретная переменная — на рис. 8.5, б.

218

Скорость последовательных приближений АЦП может быть увеличена различными методами, в частности методом подынтер­ валов. Метод подынтервалов состоит в делении интервала сигнала на ряд равных подынтервалов и выборе такого подынтервала, в ко­ торый попадает входное напряжение, причем одновременно сравни­ вается входной сигнал с границами выбранных подынтервалов. Подынтервал, в котором оказывается входное напряжение, в даль-

Рис. 8.6. Иллюстрация метода последовательных приближений аналого-цифрового преобразования переменной с точ­ ностью 4 разряда (десятичные эквиваленты приведе­ ны в скобках).

нейшем еще делится на подподынтервалы, и сравнивается с входной переменной. Процесс продолжается до тех пор, пока не достигается требуемая точность преобразования. Использование четырех по­ дынтервалов почти в четыре раза увеличивает скорость преобразо­ вания, но может удвоить или утроить стоимость.

Из предыдущего обсуждения очевидно, что скорость преобра­ зования зависит от точности, с которой должно быть получено цифровое значение переменной. Поскольку АЦП требуется значи­ тельно большее время для определения частного значения при очень высокой точности (например, 13 или 14 разрядов), чем при низкой точности (8 или 10 разрядов), существует оптимальное соотношение между скоростью и точностью для данного типа АЦП. Кроме того, имеются чрезвычайно быстрые методы преобразования такие, как

219