Регистрация измерительной информации. Магнитооптические носители информации и измерительные преобразователи, используемые для записи и воспроизведения сигналов.

Способ записи, в котором на магнитооптических (МО) эффектах основан процесс воспроизведения, а собственно запись основана на термомагнитных явлениях. Магнитооптический носитель информации, обычно в форме диска, содержит рабочий магнито-оптический слой, который представляет собой аморфную магнитную пленку, способную терять намагниченность и коэрцитивную силу при нагреве до не очень высокой температуры и обеспечивать в процессе воспроизведения достаточно большой магнито-оптический эффект. Намагниченность и коэрцитивная сила МО-рабочих слоев теряются при температуре 100 - 200 °С в зависимости от состава слоя.

Запись производится с перпендикулярным намагничиванием МО-слоя. В наиболее простом случае в процессе записи предварительно намагниченный МО-слой локально размагничивается, нагреваясь от остросфокусированного луча лазера. Обычно же запись происходит путем изменения направления предварительной намагниченности МО-слоя на противоположное. Для этого при локальном нагреве и остывании участка, когда его коэрцитивная сила еще мала, но него воздействуют магнитным полем обратного направления по отношению к полю предварительного намагничивания. Наконец, возможна запись на предварительно ненамагниченный МО-слой или на МО-слой со старой записью при одновременном ее стирании. В этом случае элемент МО-слоя нагревается до температуры вблизи точки потери магнитных свойств. Коэрцитивная сила МО-слоя становится малой и сравнительно небольшое поле магнитной головки сообщает нагретому участку одно из двух направлений намагниченности, которую нельзя изменить после выхода нагретого участка из фокального пятна лазера, т.к. при снижении температуры коэрцитивная сила МО-слоя возрастает.

Записываемый сигнал 1 (рисунок 1.8) управляет магнитным полем магнитной головки 2, которое воздействует на МО-слой 3. С обратной стороны на МО-слой сфокусирован луч лазера 4. Вблизи точки потери магнитных свойств коэрцитивная сила МО-слоя мала и он легко намагничивается в поле головки записи 2; на МО-слое образуется сигналограмма 5; 6 - "старая" сигналограмма, которая стирается при таком способе записи; 7 - направление движения носителя. Ширина получающейся сигналограммы около 1 мкм. Такой же размер имеет и минимальная длина участков однонаправленной намагниченности. На МО-носителях звуковые и видеосигналы записываются способами цифровой и частотно-модулированной записи.

Рисунок 1.8 - Запись сигналов на магнитооптический носитель

Во всех случаях в результате записи на носителе образуется последовательность намагниченных и размагниченных участков или участков с взаимно противоположной намагниченностью, которая и представляет собой запись на МО-носителе. Записываемый сигнал может управлять лучом лазера или полем магнитной головки.

Воспроизведение записи основано па МО-эффектах Керра и Фарадея. Чаще используется МО-эффект Керра, который состоит в том, что если луч поляризованного света направить на отражающую намагниченную поверхность, то плоскость поляризации отраженного луча изменяется в зависимости от направления и величины намагниченности отражающей поверхности. Соответственно изменяется световой поток, проходящий через анализатор и попадающий на светоприемник, т.е. намагниченная поверхность его модулирует. Отражающей намагниченной поверхностью в системах записи на МО-носителях является МО-слой, а источником света - тот же лазер, что используется для записи, но с уменьшенной мощностью излучения. Принцип воспроизведения информации с МО-носителя приведен на рисунке 1.9. Если в качестве источника света 2 применяется лазер, то поляризатор 3 не требуется.

а - воспроизведение на основе МО-эффекта Керра; б - воспроизведение на основе МО-эффекта Фарадея; в - фрагмент поперечного сечения МО-носителя 1 - дисковый МО-носитель; 2 - луч света; 3 - поляризатор; 4 – анализатор

Рисунок 1.9 - Принцип воспроизведения информации с МО-носителя (стрелками показаны направления намагниченности МО-слоя, нанесенного на стеклянную подложку)

Запись па МО-носителе можно многократно стирать, как обычную магнитную, повторяя циклы запись-воспроизведение-стирание. Современные МО-диски допускают не менее 1 млн. таких циклов. При этом МО-диск не изнашивается, поскольку лазерная головка с ним не соприкасается, а магнитная головка, применяемая в некоторых способах записи на МО-диски, скользит по специально обработанной поверхности диска, не касаясь рабочего слоя. Поверхностная плотность записи информации на МО-носителях достигает 10⁶ бит/мм², т.е. примерно такая же, как у магнитной записи. Однако объемная плотность записи на современных МО-дисках сильно уступает объемной плотности магнитной ленты. Действительно, толщина МО-диска не менее 1 мм, и в 1 мм³ его объема может храниться то же количество информации, что и на 1 мм² поверхности, т.е. 10⁶ бит. У металлонапыленной магнитной ленты достигнута объемная плотность 60 Мбит/см³.

Отраженное излучение, промодулированное питами на компакт-диске, через расщепитель и призму поступает на светоприемники. Компоненты данной системы выполняют следующие функции. Линза коллиматора расширяет пучок лучей до заполнения входного зрачка фокусирующего объектива, что необходимо для полного использования его апертуры и, следовательно, получения минимального по размеру фокального пятна. Поляризационный расщепитель пропускает линейно поляризованное излучение лазера к диску и блокирует идущее к лазеру излучение, отраженное от диска, поляризация которого перпендикулярна исходной. Перпендикулярность поляризаций прямого и отраженного излучения достигается с помощью четвертьволновой пластинки. В результате почти все отраженное диском излучение от расщепителя попадает на светоприемники. Здесь на пути излучения имеется призма для автофокусировки по способу Фуко. Автотрекинг осуществляется дифракционным способом. Применение четырех светоприемников позволяет пространственно разделить падающее на них излучение и выделить из чего записанный сигнал и сигналы автофокусировки и автотрекинга.

45.Электрические информационные сигналы. Основные термины и определения. Классификация электрических информационных сигналов.

Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Т

Измерительный сигнал - это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый сигнал - это сигнал, описываемый непрерывной или кусочно-непрерывной функцией U_а(t), причём как сама эта функция, так и её аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах UÎ(U_min; U_max) и tÎ(t_min; t_max) .

а

б

в

Рисунок 1.2 - Аналоговый (а), дискретный (по времени) (б)

и цифровой (в) измерительные сигналы

Дискретный сигнал - это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nT, где Т = const - интервал (период) дискретизации; n = 0; 1; 2;...- целое, любые значения U_д (nT) Î (U_min; U_max), называемые выборками или отсчётами.

Цифровые сигналы - квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы U_ц(nT), которые описываются квантованными решётчатыми функциями (квантованными последовательностями), принимающими в дискретные моменты времени nT лишь конечный ряд дискретных значений - уровней квантования h₁, h₂, ..., h_n (рисунок 1.2,в).

По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значения которых в течение времени не изменяются, и переменные, значения которые меняются во времени.

Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными. Непрерывным называется сигнал, параметры которого изменяются непрерывно. Импульсный сигнал - это сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого со временем завершения переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен.

По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерминированные и случайные. Детерминированный сигнал - это сигнал, закон изменения которого известен, а модель не содержит неизвестных параметров. Мгновенные значения детерминированного сигнала известны в любой момент времени. Детерминированными являются сигналы на выходе мер.

Квазидетерминированные сигналы - это сигналы с частично известным характером изменения во времени, т.е. с одним или несколькими неизвестными параметрами. Они наиболее интересны с точки зрения метрологии.

Детерминированные и квазидетерминированные сигналы делятся на элементарные, описываемые простейшими математическими формулами, и сложные. К элементарным относятся постоянный и гармонический сигналы, а также сигналы, описываемые единичной и дельта-функцией.

Сигналы могут быть периодическими и непериодическими. Непериодические сигналы делятся на почти периодические и переходные. Почти периодическим называется сигнал, значения которого приближённо повторяются при добавлении к временному аргументу надлежащим образом выбранного числа - почти периода. Периодический сигнал является частным случаем таких сигналов.

Периодическим называется сигнал, мгновенные значения которого повторяются через постоянный интервал времени. Период T сигнала - параметр, равный наименьшему такому интервалу времени. Частота f периодического сигнала - величина, обратная периоду.

Периодический сигнал характеризуется спектром. Различают три вида спектра:

- комплексный - комплексная функция дискретного аргумента, кратного целому числу значений частоты w периодического сигнала U(t), представляющая собой значения коэффициентов комплексного ряда Фурье:                   ,                                  (1.1)

где k - любое целое число;

- амплитудный - функция дискретного аргумента, представляющая собой модуль комплексного спектра периодического сигнала:       ,               (1.2)

где Re(z), Im(z) -действительная и мнимая части комплексного числа z;

- фазовый - функция дискретного аргумента, представляющая собой аргумент комплексного спектра периодического сигнала:      .                       (1.3)

Периодический сигнал содержит ряд гармоник. Гармоника - гармонический сигнал с амплитудой и начальной фазой, равными соответствующим значениям амплитудного и фазового спектра периодического сигнала при некотором значении аргумента. Наличие высших гармоник в спектре периодического сигнала количественно описывается коэффициентом гармоник, характеризующим отличие формы данного периодического сигнала от гармонической (синусоидальной). Он равен отношению среднеквадратического значения сигнала суммы всех его гармоник, кроме первой, к среднеквадратическому значению первой гармоники:

,                                                   (1.4)

где U_i, U₁ - i-я и первая гармоники сигнала U(t).

Периодические сигналы бывают гармоническими, т.е. содержащими только одну гармонику, и полигармоническими, спектр которых состоит из множества гармонических составляющих. К гармоническим сигналам относятся сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса. Все остальные сигналы являются полигармоническими.

Случайный сигнал - это изменяющаяся во времени физическая величина, мгновенное значение которой является случайной величиной. Характеристики и параметры случайных сигналов, или, как еще говорят, процессов, рассмотрены отдельно.

⇐ Предыдущая3456789101112

Поделиться: