10.2. Регистрация данных

В некоторых практических приложениях можно выполнять всю необходимую обработку данных, используя непосредственно сигналы преобразователя, поступающие в реальном масштабе времени. Однако в большинстве случаев такой подход непрактичен, и поэтому требуется запоминание в той или иной форме или, возможно, передача сигналов, поступающих с преобразователя. Наиболее желательный и удобный тип системы для запоминания данных — магнитофон. Можно пользоваться и другими запоминающими устройствами, но преимущество магнитофона состоит в возможности запоминания данных в форме электрического сигнала. Предпочтительный способ передачи данных — по электрическому кабелю. Существуют, очевидно, и ситуации, когда это нереализуемо, например при передаче данных с находящегося на орбите искусственного спутника Земли. Обычно в таких случаях необходима передача по радио сигналов, поступающих с преобразователя (телеметрия).

Запись данных на магнитную ленту и радиотелеметрия сами по себе представляют предметы большого специального исследования, которое, вообще говоря, лежит вне пределов данной книги. Фундаментальные сведения по этим вопросам содержатся в работах [10.3-10.5]. Однако два этапа применения этих методов следует рассмотреть, поскольку они непосредственно связаны с основными положениями обработки данных. Как показано на рис. 10.1, б, эти этапы представляют собой: 1) операцию записи сигнала на магнитную ленту и его воспроизведение при использовании магнитофона и 2) операцию модуляции и демодуляции сигнала при магнитной записи его и телеметрии.

10.2.1. ЗАПИСЬ СИГНАЛОВ НА МАГНИТНУЮ ЛЕНТУ И ИХ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

Последовательность операций при регистрации и воспроизведения данных на магнитной ленте для большинства магнитофонов серийного типа показана на рис. 10.3, а. Пластмассовая пленка с магнитным покрытием перемешается относительно головки записи. При прохождении электрического тока через эту головку в ней возникает магнитный поток,

Рис. 10.3. (см. скан) Принципы и характеристики записи на магнитную ленту: а — принцип действия магнитофона; частотная характеристика записи; в — затухание в зазоре воспроизводящей головки, изменение магнитного потока во времени, ширина зазора, изменение напряжения во времени, X — длина волны, изменение силы тока во времени, фактическое напряжение на выходе, константы, идеальное напряжение на выходе.

намагничиваюший покрытие. При движении пленки относительно головки воспроизведения появляется электрический сигнал, интенсивность которого пропорциональна скорости изменения потока.

Использование системы регистрации и воспроизведения такого типа связано с некоторыми трудностями, к числу которых относятся принципиально нелинейный характер процесса намагничивания, обрывы ленты и другие побочные эффекты, вызванные конструктивными недостатками магнитной ленты. Однако, имея в виду основные свойства регистрирующего устройства, следует учитывать два важных обстоятельства. Во-первых, головка воспроизведения реагирует на скорость изменения магнитного потока и поэтому воспроизводит сигнал скорее в продифференцированной форме, чем в его истинном виде. Во-вторых, головка воспроизведения осредняет изменение потока по ширине зазора. Первое обстоятельство ведет к ухудшению частотной характеристики регистратора на низких частотах, как показано на рис. 10.3, а, б, второе приводит к ухудшению частотной

характеристики на высоких частотах (рис. 10.3, в). Заметим, что частотная характеристика регистратора на высоких частотах может быть улучшена путем уменьшения зазора головки воспроизведения, однако такое решение приводит к уменьшению чувствительности головки. Чтобы добиться прежнего уровня чувствительности, можно уменьшить зазор между головкой и магнитной лентой, но это приводит к сокращению срока службы головки воспроизведения. Чувствительность можно повысить также, увеличив число витков обмотки на головке воспроизведения, но это ведет к ухудшению частотной характеристики на высоких частотах.

В серийно выпускаемых магнитофонах эти две трудности устраняются применением корректирующего контура, выравниваюшего частотную характеристику в пределах возможно более широкой полосы частот. Серийные магнитофоны со скоростью движения ленты имеют постоянную с точностью до частотную характеристику в диапазоне частот от 400 Гц до Однако отношение сигнал/шум на выходе составляет всего около Такие свойства регистрирующего и воспроизводящего устройств, как правило, неудовлетворительны для аппаратурного анализа по двум причинам: во-первых, регистрирующее устройство не реагирует на постоянный ток; во-вторых, отношение сигнал/шум в нем недостаточно велико. С другой стороны, регистрирующее устройство все же обеспечивает получение записи в достаточно широком частотном диапазоне. Таким образом, задача состоит в том, чтобы за счет сужения полосы пропускания добиться желаемой реакции на постоянный ток и улучшить отношение сигнал/шум. Это достигается при помощи модуляции и демодуляции записываемого сигнала.