Шум

Шум — компонент. Позволяет генерировать стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот.

Внешний вид компонента

Режим проектировщика Режим оператора
Шум - Режим проектировщика Не имеет

Параметры:

Входные

  • Начальная частота — начальная частота шума, в котором будет генерироваться белый шум, Гц;
  • Конечная частот — конечная частота шума, в котором будет генерироваться белый шум, Гц;
  • Уровень — уровень сигнала шума, В;
  • Тип — параметр, позволяющий задавать вид шума:
    1. Белый.
    2. Полосовой.
    3. Розовый.
    4. Детерминированный.
  • Вкл\Выкл — включение и выключение генератора.

Выходные

  • Канал — канал генератора, сгенерированного по заданным параметрам сигнала.

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

Частные свойства (в скобках значение, установленное по умолчанию):

  • StartFrequency (0) — начальная частота выходного сигнала, Гц;
  • EndFrequency (1000) — начальная частота выходного сигнала, Гц;
  • Level (1) — амплитуда выходного сигнала, В;
  • type (Белый) — параметр, позволяющий задавать вид шума:
    1. Белый
    2. Полосовой
    3. Розовый
    4. Детерминированный
  • Activate (false) — состояние подачи сигнала (подан или отключен);
  • Number (0) — номер канала генератора, который необходимо задействовать. Если значения DeviceType и SerialNumber не равны 0, но выбор идёт среди каналов заданного устройства. Если такого устройства в системе нет или значения DeviceType или SerialNumber равны 0, то выбор идёт среди всех доступных каналов всех устройств;
  • DeviceType () — тип устройства: ZET 210; ZET 220; ZET 230; ZET 240; ZET017-U2; ZET017-U4/8, генератор которого необходимо задействовать;
  • SerialNumber (0) — серийный номер устройства, генератор которого необходимо задействовать.

Программирование

При использовании компонента в сценарии и программируемом компоненте (скрипте) необходимо учитывать диапазоны значений подаваемых на входные ножки компонента, диапазоны значений свойств компонента, а также диапазоны значений параметров методов компонента.

Параметры:

Входные

  • Начальная частота — значение выходного значения начальной частоты частотного диапазона, в котором будет генерироваться белый шум (число);
  • Конечная частота — значение выходного значения конечной частоты частотного диапазона, в котором будет генерироваться белый шум (число);
  • Уровень — значение уровня шума (число);
  • Тип — значение позволяющее задавать вид шума: Белый; Полосовой; Розовый; Детерминированный.

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

Частные свойства (в скобках значение, установленное по умолчанию):

  • FLOAT StartFrequency — установка и чтение начальной частоты сигнала (от 0.01 Гц до конечной частоты шума);
  • FLOAT EndFrequency — установка и чтение конечной частоты сигнала (от начальной частоты шума до (частота дискретизации ЦАП / 2)), Гц;
  • FLOAT Level — установка и чтение уровня сигнала (от 0 В до (максимально допустимый уровень сигнала ЦАП / 5));
  • BSTR Type — установка и чтение типа сигнала: Белый; Полосовой; Розовый; Детерминированный. (строка);
  • VARIANT_BOOL Activate — установка и чтение состояния наличия сигнала:
    • true — состояние наличия сигнала включено;
    • false — состояние наличия сигнала выключено.
  • LONG Number — установка и чтение номера генератора в системе (от 0 до (количество генераторов — 1));
  • BSTR DeviceType — установка типа устройства: ZET 210; ZET 220; ZET 230; ZET 240; ZET017-U2; ZET017-U4/8 (строка);
  • LONG SerialNumber — установка и чтение серийного номера устройства (число).

Методы:

  • void SetSignal(FLOAT StartFrequency, FLOAT EndFrequency, FLOAT level, BSTR type) — устанавливает начальную частоту, конечную частоту, уровень, тип шума;
  • void DeleteSignal(void) — останавливает генератор.

Математическое описание

Белый шум – стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот.

Белый шум рассчитывается по формуле:

 embim50,

Где embim51– начальная амплитуда сигнала.

Rand() – функция вычисления случайного числа, причем 0

Термин “белый шум” обычно применяется к сигналу, имеющему автокорреляционную функцию*, математически описываемую дельта-функцией Дирака** по всем измерениям многомерного пространства, в котором этот сигнал рассматривается. Сигналы, обладающие этим свойством, могут рассматриваться как белый шум. Данное статистическое свойство является основным для сигналов такого типа.

Полосовой шум — шумовой сигнал с ограниченным частотным интервалом.

Розовый шум — шумовой сигнал, спектральный уровень которого снижается с увеличением частоты со спадом 3 дБ на октаву.

Детерминированный шум — белый шум ограниченный заданным частотным диапазоном.

——————————————————————————————————————————-

* В обработке сигналов автокорреляционная функция определяется интегралом embim52

и показывает связь сигнала (функции f(t)) с копией самого себя, смещенного на величину τ.

** δ-функция Дирака с областью определения Rn для точки a определяется формальным соотношением embim53.

***

Почти в любой области измерения значение предельно различимого слабого сигнала определяется шумом – мешающим сигналом, который забивает полезный сигнал. От некоторых шумов невозможно избавиться (флуктуации измеряемой величины). От некоторых можно избавиться при помощи фильтров. Термин “шум” применяется ко всему тому, что маскирует полезный сигнал. “Шумом” может оказаться другой электрический сигнал (“помеха”), но чаще это случайный шум физической природы.

Джонсоновский шум. Любой резистор на плате генерирует на своих выводах некоторое напряжение шума, известное как “шум Джонсона” (Тепловой шум). У него горизонтальный частотный спектр, т.е. одинаковая мощность шума на всех частотах. Шум с горизонтальным спектром называют “белым шумом”. Реальное напряжение шума в незамкнутой цепи, порожденное сопротивлением R, находящимся при температуре T, выражается формулой:

embim54

Где k — постоянная Больцмана, T – абсолютная температура в Кельвинах, B – полоса частот в Гц.

Амплитуда напряжения шума Джонсона, вообще говоря, в данный момент непредсказуема, но она подчиняется распределению Гаусса. Данный вид шума устанавливает нижнюю границу напряжения шумов любого детектора, источника сигнала, содержащего резисторы в своей схеме.

Дробовый шум – шум, возникающий в электрическом токе, вследствие движения дискретных носителей заряда. Конечность (квантованность) заряда приводит к статистическим флуктуациям тока. Если заряды действуют независимо друг от друга, то флуктуирующий ток определяется формулой:

embim55

Где q – заряд электрона, I= — постоянная составляющая (“установившееся значение”) тока, B – ширина полосы частот измерения.

Шум 1/f (фликкер-шум). Дробовый и тепловые шумы – это неуменьшаемые виды шума, возникающие в соответствии с законами физики. Изготовленные по-разному резисторы имеют одинаковое значение теплового шума. Реальные резисторы подвержены флуктуациям сопротивления, которые порождают дополнительное напряжения шума, пропорциональное протекающему через резистор постоянному току. Этот шум имеет спектр, примерно описываемый зависимостью 1/f (постоянная мощность на декаду частоты) и иногда называется “розовым шумом”. Примерами таких шумов является шум тока базы у транзистора и шум катодного тока в электро-вакуумных лампах. Данный вид шума также встречается в потоке песка в песочных часах, пассажирских потоках на скоростных железных дорогах, скорости океанических течений.

Пример

Проект в SCADA ZETView

Шум - Пример
В этой схеме компонент Шум генерирует белый шум. Селекторы служат для задания начальной, конечной частоты, уровня шума. Данный компонент используется для создания различных проектов, в том числе таких как датчики акселерометр.

Результат работы проекта
Шум - Результат работы проекта