Регистрация измерительной информации. Магнитная запись и воспроизведение аналоговых сигналов. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.

Распространенным способом регистрации результатов измерений является магнитная запись. Ее можно осуществить, записывая данные на магнитной ленте в аналоговой или в цифровой форме. Начнем с рассмотрения аналоговой магнитной записи, для реализации которой применяют регистрирующее устройство (рисунок 1.1), с помощью которого можно, как правило, писать сразу по многим дорожкам (до 14 дорожек), расположенным рядом друг с другом на одной ленте.

Рисунок 1.1 - Аналоговое регистрирующее устройство, осуществляющее

магнитную запись непосредственно и с частотной модуляцией (ЧМ)

Магнитная лента представляет собой гибкую синтетическую пленку (из полихлорвинила или лавсана), которая должна плотно прилегать к выпуклым магнитным головкам устройства; в то же время лента должна быть достаточно прочной, чтобы не растягиваться (и не удлиняться), потому что это привело бы к искажению привязки записанных данных к временной шкале.

Эта пленка, служащая основой ленты, покрыта эмульсией, состоящей из мельчайших ферромагнитных частиц и скрепляющего вещества. Толщина этого слоя не должна значительно превосходить ширину воздушного зазора в магнитной головке записывающего или считывающего устройств. Чтобы минимизировать шум, возникающий при движении магнитной ленты, размеры магнитных частиц должны быть намного меньше ширины воздушного зазора магнитной головки. Кроме того, ориентация магнитных частиц не должна изменяться при слабых воздействиях. Большое число плотно упакованных маленьких иголок из такого материала помещают в связующее вещество и располагают так, чтобы они были ориентированы в направлении движения ленты.

Запись сигналов осуществляется путем изменения распределения намагниченности в этом слое окисла. Это распределение создается записывающей головкой, принцип действия которой показан на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Индуктивная записывающая головка в качестве

электромагнитного преобразователя

 

Индуктивная записывающая головка состоит из катушки, намотанной на сердечнике с воздушным зазором. Сердечник изготавливают из материала с высокой магнитной проницаемостью, малым гистерезисом и минимальными потерями из-за вихревых токов. Например, из сендаста, слоистого мю-металла или пермаллоя. Напряженность магнитного поля, создаваемого перед воздушным зазором, пропорциональна току, протекающему по катушке. С увеличением напряженности магнитного поля количество постоянно намагниченных в одном и том же направлении частиц на магнитной ленте также растет. К сожалению, связь между напряженностью намагничивающего поля и результатом намагничивания является сильно нелинейной. Это легко видеть из рисунка 1.3. На рисунке 1.3,а изображена петля магнитного гистерезиса в ферромагнитном покрытии ленты.

Напряженность магнитного поля Н пропорциональна току, протекающему по магнитной головке. Предположим, что этот ток постоянен, и представим, что под головкой протягивается отрезок предварительно размагниченной ленты. Напряженность магнитного поля, в котором оказывается отрезок магнитной ленты, имеет максимальное значение непосредственно под воздушным зазором, а по мере удаления от него падает. При этом индукция В изменяется по петле гистерезиса, как показано на рисунке 1.3,а. Когда напряженность поля снова становится равной нулю, остаточная индукция В_r сохраняется. То же самое происходит с В_r при увеличении тока. Как можно видеть на рисунке 1.3,б, соотношение между i и В_r, а значит, и между Н и В_r, далеко от линейного. У функции, связывающей намагниченность В и ток I, имеется мертвая зона, приводящая к искажению записываемой информации за счет возникновения четных гармоник сигнала.

Для повышения линейность записи на записывающее магнитное поле накладывается высокочастотное переменное поле. Частота этого дополнительного магнитного поля намного выше (примерно в пять раз) частоты самой высокочастотной составляющей сигнала.

а

б

а - петля гистерезиса в магнитном слое ленты;

б - остаточная индукция В _r (или намагниченность) как функция напряженности поля Н

Рисунок 1.3 - Петля магнитного гистерезиса в ферромагнитном слое ленты

 

Идеальной формой сигнала подмагничивания является прямоугольное колебание. Единственное требование к нему, — чтобы выполнялось неравенство: (Х_А - Х_S) > Х₀/2, где Х_А – высокочастотный сигнал подмагничивания; Х_S – входной (записываемый) сигнал; Х₀ – ширина мертвой зоны. Если это условие выполнено, то искажения равны нулю. Однако создать сигнал подмагничивания точно прямоугольной формы практически затруднительно, а кроме того, нелинейность не является в полной мере статической, и поэтому какой-то ненулевой уровень искажений всегда остается.

Длина волны записи (ДВЗ) при синусоидальной сигналограмме (записи "чистого" тона) - расстояние между двумя ближайшими точками, в которых изменение состояния носителя, представляющее запись сигнала, находится в одинаковой фазе. В магнитной записи ДВЗ - это также путь, пройденный данной точкой носителя за время одного периода тока записи:

,                                                 (1.1)

 

где l -	длина волны записи (см);
n -	скорость движения носителя (см/с);
Т -	период тока записи (с);
f -	частота сигнала (Гц).

 

На рисунке 1.4 показано волнообразное изменение остаточного магнитного потока сигналограммы.

1 - рабочий слой магнитного носителя; 2 – подложка

Рисунок 1.4 - Остаточный магнитный поток в двух полуволновых участках

синусоидальной сигналограммы

Если магнитная лента движется со скоростью n, то записываемый периодический сигнал частоты f будет оставлять на ленте распределение намагниченности с длиной волны l = n/f. Когда длина волны l достигает ширины воздушного зазора d, процесс записи нарушается, поскольку вслед за тем, как на данный участок ленты уже что-то записано, происходит запись следующего фрагмента записываемого сигнала. Поэтому должно выполняться неравенство: l > d. Ширина полосы при записи тем больше, чем уже воздушный зазор и чем выше скорость движения ленты.

Распределение намагниченности на магнитной ленте распознается читающей головкой, которая выполняет функцию, обратную функции записывающей головки. Поскольку эти электромагнитные преобразователи обратимы, обе головки действуют по одному и тому же принципу.

По техническим характеристикам измерительные регистрирующие устройства делятся на четыре класса: «узкополосные», «с промежуточной шириной полосы», «широкополосные 1-й группы» и «широкополосные 2-й группы». Скорость ленты бывает стандартизована: 304,8 см/с, 152,4 см/с, 76,2 см/с, 4,7625 см/с. Каждое следующее значение скорости в этом списке вдвое меньше предыдущего. Следовательно, полоса частот также уменьшается вдвое при переходе на одну ступень в сторону меньшей скорости.

Распределение устройств по классам производится с учетом ширины полосы и отношения сигнал/шум. Устройство, в котором применена непосредственная запись, со скоростью ленты 304,8 см/с, относящееся к классу «с промежуточной шириной полосы», обеспечит полосу от 300 Гц до 600 кГц и отношение сигнал/шум 40 дБ. У устройства из класса «широкополосные 2-й группы» эти характеристики имеют значения от 500 Гц до 2 МГц и 22 дБ соответственно

Достоинством магнитной записи является то, что простым изменением скорости ленты можно легко осуществить сжатие или растяжение сигнала во времени. Таким путем можно реализовать сдвиг высоко- или низкочастотных сигналов в пределах частотного диапазона измерительной аппаратуры. Можно также производить запись по многим дорожкам на одной ленте, регистрируя, таким образом, не только изменения сигналов во времени, но также и информацию о связи между ними.

Регистрация измерительной информации. Магнитная запись и воспроизведение цифровых сигналов. Запись данных по способу без возвращения к нулю. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.

Магнитная запись цифровой информации требует преобразования аналоговой или цифровой информации в специальный цифровой код, удобный для передачи по каналу магнитной записи. Этот канал имеет свои особенности, и не всякий код оптимален для передачи по нему цифровых данных. Например, при постоянстве намагниченности носителя как в положительном, так и в отрицательном направлении сигнал на выходе магнитной головки воспроизведения отсутствует и возникает только при переходе намагниченности от одного направления к другому.

Известно много различных способов кодирования и записи цифровых данных на магнитный носитель. Остановимся на трех: запись без возвращения к нулю (БВН1), запись с фазовой модуляцией (ФМ) и запись с групповым кодированием (ГК). В порядке перечисления в этих способах возрастает плотность записи и эффективность обнаружения ошибок, а также уменьшается межблочное расстояние на ленте. Характеристики способов для записи по 8 дорожкам на ленту шириной 12,65 мм.

Запись данных по способу без возвращения к нулю (БВН1) показана на рисунке 1.5. Записываемая единица в данном случае представляет собой перепад тока записи в режиме от положительного до отрицательного насыщения (или наоборот), которому соответствует изменение направления намагниченности и магнитного потока ленты (переход потока). Нуль представляет собой отсутствие изменения тока в соответствующие моменты времени. Для идентификации нулей в этом способе требуется синхросигнал. Если он вырабатывается из импульсов, воспроизводимых с разных дорожек, то плотность записи ограничивается динамическим перекосом ленты.

Рисунок 1.5 - Изменение тока записи и намагниченности носителя

при записи цифровых данных по способам БВН1

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: