सिग्नल प्रोसेसिंग कैसे काम करता है

एक संकेत क्या है?

एक संकेत कोई भी भौतिक चर है जिसका मूल्य या समय के साथ इसके परिवर्तन में जानकारी होती है। यह जानकारी भाषण और संगीत, या भौतिक मात्रा जैसे हवा के तापमान या कमरे की रोशनी से संबंधित हो सकती है। भौतिक चर जो विद्युत प्रणालियों में सूचना ले जा सकते हैं वोल्टेज और करंट.

इस लेख में, "सिग्नल" से हमारा तात्पर्य मुख्य रूप से वोल्टेज या करंट से है। हालाँकि, यहाँ चर्चा की गई अधिकांश अवधारणाएँ उन प्रणालियों के लिए मान्य हैं जिनमें अन्य चर सूचना वाहक हो सकते हैं। इस प्रकार, एक यांत्रिक प्रणाली (चर-बल और वेग) या एक हाइड्रोलिक प्रणाली (चर-दबाव और प्रवाह) का व्यवहार अक्सर समकक्ष विद्युत प्रणाली द्वारा प्रदर्शित किया जा सकता है, या जैसा कि कहा जाता है, सिम्युलेटेड। इसलिए, विद्युत प्रणालियों के व्यवहार को समझना बहुत व्यापक श्रेणी की घटनाओं को समझने का आधार प्रदान करता है।

एनालॉग और डिजिटल सिग्नल

एक संकेत दो रूपों में सूचना ले जा सकता है। एनालॉग संकेत वोल्टेज या करंट के समय में निरंतर परिवर्तन के रूप में सूचना वहन करता है। एनालॉग सिग्नल का एक उदाहरण द्वारा उत्पन्न वोल्टेज है थर्मोकपल जंक्शन परअलग तापमान पर। जब जंक्शनों के बीच तापमान का अंतर बदलता है, तो थर्माकोपल्स में वोल्टेज बदल जाता है। इस प्रकार, वोल्टेज तापमान अंतर का एक अनुरूप प्रतिनिधित्व देता है।

थर्मोकपल - दो असमान धातुओं का यौगिक, जैसे ताँबा और कांस्टेंटन। दो जंक्शनों द्वारा उत्पन्न वोल्टेज का उपयोग उनके बीच तापमान के अंतर को मापने के लिए किया जाता है।

यह दूसरे प्रकार का संकेत है डिजिटल सिग्नल… यह दो अलग-अलग क्षेत्रों में मान ले सकता है। इस तरह के संकेतों का उपयोग चालू/बंद या हां-नहीं सूचना का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण के लिए, एक हीटर को नियंत्रित करने के लिए एक होम थर्मोस्टेट एक डिजिटल सिग्नल उत्पन्न करता है। जब कमरे का तापमान प्रीसेट मान से नीचे चला जाता है, तो थर्मोस्टेट स्विच संपर्कों को बंद कर देता है और हीटर चालू कर देता है। एक बार जब कमरे का तापमान काफी अधिक हो जाता है, तो स्विच हीटर को बंद कर देता है। स्विच के माध्यम से करंट तापमान में बदलाव का एक डिजिटल प्रतिनिधित्व देता है: ऑन बहुत ठंडा है और ऑफ बहुत गर्म है।

चावल। 1. एनालॉग और डिजिटल सिग्नल

सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम

एक सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम आपस में जुड़े घटकों और उपकरणों का एक सेट है जो एक इनपुट सिग्नल (या इनपुट सिग्नल के समूह) को स्वीकार कर सकता है, सूचनाओं को निकालने या इसकी गुणवत्ता में सुधार करने के लिए संकेतों पर एक विशिष्ट तरीके से कार्य करता है, और आउटपुट में जानकारी प्रस्तुत करता है। उपयुक्त रूप और उचित समय पर।

भौतिक प्रणालियों में कई विद्युत संकेत उपकरणों द्वारा उत्पन्न होते हैं जिन्हें कहा जाता है सेंसर... हम पहले ही एक एनालॉग सेंसर का एक उदाहरण बता चुके हैं - एक थर्मोकपल। यह तापमान अंतर (एक भौतिक चर) को वोल्टेज (एक विद्युत चर) में परिवर्तित करता है। आम तौर पर सेंसर - एक उपकरण जो एक भौतिक या यांत्रिक मात्रा को समकक्ष वोल्टेज या वर्तमान सिग्नल में परिवर्तित करता है। हालांकि, थर्मोकपल के विपरीत, अधिकांश सेंसर को संचालित करने के लिए किसी प्रकार के विद्युत उत्तेजना की आवश्यकता होती है।

सिस्टम के आउटपुट पर संकेतों का चयन विभिन्न रूपों में किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि इनपुट संकेतों में निहित जानकारी का उपयोग कैसे किया जाएगा। सूचना या तो एनालॉग रूप में प्रदर्शित की जा सकती है (उदाहरण के लिए, एक उपकरण जिसमें तीर की स्थिति ब्याज के चर के मूल्य को इंगित करती है) या डिजिटल रूप में (प्रदर्शन पर डिजिटल तत्वों की एक प्रणाली का उपयोग करके जो एक संख्या दिखाती है) हमारे लिए ब्याज के मूल्य के अनुरूप)।

अन्य संभावनाएं हैं आउटपुट सिग्नल को ध्वनि ऊर्जा (लाउडस्पीकर) में बदलना, उन्हें किसी अन्य सिस्टम के लिए इनपुट सिग्नल के रूप में उपयोग करना, या नियंत्रण के लिए उनका उपयोग करना। आइए इनमें से कुछ मामलों को स्पष्ट करने के लिए कुछ उदाहरण देखें।

संचार तंत्र

एक संचार प्रणाली पर विचार करें जिसके इनपुट सिग्नल भाषण, संगीत या किसी प्रकार का डेटा हो सकते हैं जो एक स्थान पर उत्पन्न होता है और मूल इनपुट सिग्नल को सटीक रूप से पुनर्प्राप्त करने के लिए लंबी दूरी पर प्रसारित होता है।

उदाहरण के तौर पर, एफआईजी। 2 एक पारंपरिक आयाम मॉडुलन (एएम) प्रसारण प्रणाली का एक योजनाबद्ध आरेख है।एएम मॉड्यूलेशन में, रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल का आयाम (पीक-टू-पीक) कम-आवृत्ति सिग्नल (ध्वनि आवृत्तियों के अनुरूप ऑडियो सिग्नल) के परिमाण के अनुसार बदलता है।

चावल। 2. प्रसारण संचार प्रणाली आयाम मॉडुलन के साथ

एएम रेडियो प्रसारण प्रणाली का ट्रांसमीटर एक इनपुट डिवाइस (माइक्रोफोन) से इनपुट सिग्नल लेता है, रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल के आयाम को नियंत्रित करने के लिए इस सिग्नल का उपयोग करता है (प्रत्येक रेडियो स्टेशन की अपनी विशिष्ट रेडियो फ्रीक्वेंसी होती है), और रेडियो फ्रीक्वेंसी करंट आउटपुट डिवाइस (एंटीना) को ड्राइव करता है जो अंतरिक्ष में उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्पादन करता है।

रिसीविंग सिस्टम में एक इनपुट डिवाइस (एंटीना), एक प्रोसेसर (रिसीवर) और एक आउटपुट डिवाइस (लाउडस्पीकर) होता है। रिसीवर एंटीना से प्राप्त अपेक्षाकृत कमजोर सिग्नल को बढ़ाता है (मजबूत बनाता है), अन्य सभी ट्रांसमीटरों के सिग्नल से वांछित रेडियो फ्रीक्वेंसी के सिग्नल का चयन करता है, रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल के आयाम में परिवर्तन के आधार पर ऑडियो सिग्नल का पुनर्निर्माण करता है, और इस ऑडियो सिग्नल से वक्ता को उत्तेजित करता है।

माप प्रणाली

माप प्रणाली का कार्य संबंधित सेंसर से एक निश्चित भौतिक प्रणाली के व्यवहार के बारे में जानकारी प्राप्त करना और इस जानकारी को पंजीकृत करना है। ऐसी प्रणाली का एक उदाहरण एक डिजिटल थर्मामीटर (चित्र 3) है।

चावल। 3. एक डिजिटल थर्मामीटर का कार्यात्मक आरेख

दो थर्मोकपल कनेक्शन - एक शरीर के साथ थर्मल संपर्क में जिसका तापमान मापा जाना है, दूसरा बर्फ के एक कंटेनर में डूबा हुआ है (एक स्थिर संदर्भ बिंदु प्राप्त करने के लिए) - एक वोल्टेज उत्पन्न करता है जो शरीर और बर्फ के बीच तापमान के अंतर पर निर्भर करता है। . इस वोल्टेज को प्रोसेसर में फीड किया जाता है।

चूंकि थर्मोकपल वोल्टेज तापमान के अंतर के बिल्कुल आनुपातिक नहीं है, इसलिए सख्त आनुपातिकता प्राप्त करने के लिए एक छोटे से सुधार की आवश्यकता होती है। सुधार प्रगति पर है रैखिककरण उपकरण… थर्मोकपल से एनालॉग वोल्टेज को पहले प्रवर्धित किया जाता है (यानी अधिक बनाता है), फिर रैखिक और डिजिटाइज़ किया जाता है। अंत में, यह थर्मामीटर के आउटपुट डिवाइस के रूप में उपयोग किए जाने वाले डिजिटल डिस्प्ले रजिस्टर में दिखाई देता है।

यदि संचार प्रणाली का मुख्य कार्य स्रोत सिग्नल की एक सही प्रति प्रेषित करना है, तो मापन प्रणाली का मुख्य कार्य संख्यात्मक रूप से सही डेटा प्राप्त करना है। इसलिए, यह उम्मीद की जानी चाहिए कि छोटी-छोटी त्रुटियों का पता लगाना और उन्हें खत्म करना जो इसके प्रसंस्करण के किसी भी चरण में सिग्नल को विकृत कर सकते हैं, माप प्रणालियों के लिए विशेष महत्व का होगा।

प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली

अब एक प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली पर विचार करें जिसमें आउटपुट पर जानकारी सिस्टम को नियंत्रित करने वाले संकेतों को बदल देती है।

चित्र 4 कमरे के तापमान को बनाए रखने के लिए उपयोग किए जाने वाले थर्मोस्टैट का आरेख दिखाता है। सिस्टम में कमरे के तापमान को निर्धारित करने के लिए एक इनपुट डिवाइस होता है (आमतौर पर यह द्विधातु पट्टीजो तापमान में परिवर्तन होने पर झुकता है), वांछित तापमान (मुख्य डायल) और यांत्रिक स्विच को बायमेटेलिक रिले द्वारा सक्रिय करने और हीटर को नियंत्रित करने के लिए एक तंत्र।

चावल। 4. बंद लूप नियंत्रण प्रणाली का उदाहरण

एक उदाहरण के रूप में इस सरल प्रणाली का उपयोग करते हुए, जिसमें वास्तव में स्विच के अलावा कोई विद्युत तत्व नहीं होता है, पर विचार करें प्रतिक्रिया अवधारणा... मान लीजिए कि अंजीर में फीडबैक लाइन।3 टूट गया है, यानी हीटर को चालू और बंद करने के लिए कोई तंत्र नहीं है। तब कमरे में तापमान या तो एक निश्चित अधिकतम (हीटर के निरंतर समावेशन के अनुरूप) तक बढ़ जाएगा या एक निश्चित न्यूनतम तक गिर जाएगा (इस तथ्य के अनुरूप कि हीटर हर समय बंद रहता है)।

मान लीजिए कि यह अधिकतम तापमान पर बहुत गर्म है और न्यूनतम तापमान पर बहुत ठंडा है। इस मामले में, हीटर को चालू और बंद करने के लिए कुछ "नियंत्रण उपकरण" प्रदान किए जाने चाहिए।

ऐसा "कंट्रोल डिवाइस" एक व्यक्ति हो सकता है जो हीटर को ठंडा होने पर चालू करता है और गर्म होने पर बंद कर देता है। पहले से ही इस स्तर पर, सिस्टम (चेहरे के साथ) एक बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली है, क्योंकि आउटपुट सिग्नल (कमरे के तापमान) के बारे में जानकारी का उपयोग नियंत्रण संकेतों (हीटर को चालू और बंद करना) को बदलने के लिए किया जाता है।

थर्मोस्टैट स्वचालित रूप से वह करता है जो एक मानव करता है, जो हीटर को तब चालू करता है जब तापमान निर्धारित बिंदु से नीचे चला जाता है और अन्यथा इसे बंद कर देता है। कई अन्य फीडबैक प्रणालियां हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जिनमें सिग्नल प्रोसेसिंग की जाती है इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग.