데이터계측의 기초

데이터 수집은 컴퓨터와 같은 장치로 조작할 수 있는 데이터를 생성하기 위해 지속적인 실제 정보를 샘플링하는 것입니다. 수집된 데이터를 표시, 분석 및 저장할 수 있습니다. PC 또는 기타 장치를 사용하여 전압, 전류, 온도, 압력, 소리, 화학적 감지, 심박수 및 수천 개의 기타 매개 변수와 같은 실제 정보를 수집할 수 있습니다. 데이터 수집 시스템의 구성 요소에는 적절한 센서, 필터, 신호 조절, 데이터 수집 장치 및 애플리케이션 소프트웨어가 포함됩니다. 궁극적으로 데이터 분석은 입력 데이터만큼만 가능하므로 수집은 고품질 데이터를 제공해야 합니다.

 

샘플링 속도의 개념

데이터 수집의 가장 중요한 개념은 프로세서가 있는 장치가 데이터를 사용할 수 있도록 데이터를 디지털화하는 것과 관련이 있습니다. 예를 들어, 과거에는 앞뒤로 움직이는 바늘로 미터기의 데이터를 읽은 적이 있을 수 있습니다. 이것은 데이터의 아날로그 표현입니다. 바늘이 어느 위치로든 부드럽게 움직입니다. 데이터를 숫자로 표시하는 디지털 미터에서 데이터를 읽을 수도 있습니다. 이것은 데이터를 디지털로 표현한 것으로, 데이터 수집 장치의 해상도보다 작은 단계는 표현할 수 없는 개별 단계로 변경됩니다.

데이터는 진폭으로 디지털화될 뿐만 아니라 시간으로도 디지털화됩니다. 아날로그 미터가 항상 현재 입력 값을 표시하는 경우 디지털 미터는 표시하지 않습니다. 디지털 미터는 일정한 속도로 업데이트됩니다. 값을 읽고 초당 10번 표시합니다. 판독값 사이에 실제 입력 값이 변경될 수 있지만 미터기는 변경되지 않습니다. 표시되는 값은 다음 판독이 수행될 때만 100밀리초마다 변경됩니다.

모든 최신 데이터 수집은 데이터를 디지털화합니다. 데이터는 진폭과 시간으로 디지털화됩니다. 시간 디지털화의 효과를 간과하기 쉽지만 진폭 디지털화보다 훨씬 중요할 수 있습니다.

 

1초에 0~10V로 변하는 입력 신호를 생각해보면 3자리 디지털 미터는 10밀리볼트의 변화를 해결할 수 있습니다. 초당 10회만 업데이트하면 각 샘플에서 1V가 변경됩니다. 이는 한 표본에서 다음 표본으로의 변화가 가장 중요하거나 가장 왼쪽에 있는 한 자리 수의 변화이기 때문에 분해능이 한 자리(또는 분해능이 10%)만 있는 것과 같습니다. 디지털 미터를 읽을 때는 일반적으로 문제가 되지 않습니다. 분석을 위해 데이터를 수집할 때 큰 문제가 될 수 있습니다.

 

 

필요한 계측속도를 결정하는 방법

온도와 같이 느리게 변하는 신호의 경우 유일한 고려 사항은 데이터가 합리적으로 최신 상태가 되도록 새 판독값을 제공하는 것입니다. 온도를 분당 한 번만 읽으면 빠르게 가열되는 오븐의 온도가 정확하게 표시되지 않을 수 있습니다. 더 빠른 샘플링 속도가 필요합니다.

 

일부 응용 분야에서는 입력 파형을 정확하게 표현해야 합니다. 예를 들어, 심전도는 의사가 찾는 중요한 것 중 일부가 파형의 작은 변화이기 때문에 상당히 정밀하게 재현되어야 합니다. 이러한 파형을 정확하게 표시하기 위해 초당 볼트로 표현되는 신호의 가장 빠른 변화율을 볼 수 있습니다.

 

디지털 미터의 위 예에서는 신호가 초당 1V(심전도보다 훨씬 느림)로 변경되었습니다. 10V 신호의 1%만큼 작은 변화를 감지하려면 초당 100회 샘플링해야 합니다. 10V 신호의 0.1% 변화를 감지하려면 초당 1000회 샘플링해야 합니다. 심전도 신호는 짧은 시간에 빠르게 변화합니다. 심전도 신호의 표준은 심박수가 초당 약 1회이지만 초당 500회 샘플을 채취하는 것입니다.

 

앨리어싱 Aliasing

많은 응용 분야에서 파형의 정확한 표현은 그다지 중요하지 않지만 신호의 모든 주파수 성분을 나타내는 것은 중요합니다. 수학에 들어가지 않고 Nyquist 정리는 존재하는 모든 주파수를 측정하기 위해 샘플 속도가 가장 높은 주파수의 최소 두 배여야 한다고 말합니다.

앨리어싱된 신호

 

실제로 샘플 속도가 너무 느리면 최고 주파수를 측정하지 않을 뿐만 아니라 입력 신호에 존재하지 않았던 데이터에서 더 낮은 주파수가 생성됩니다.

위 다이어그램은 샘플링 속도가 원래 신호의 주파수(빨간색 선으로 표시됨)보다 약간 낮은 고주파 "원래 신호"를 보여줍니다. 빨간색 선이 연결되어 표시되는 신호(녹색 선)를 표시하면 훨씬 낮은 주파수인 "에일리어스에 의해 생성된 신호"가 나타납니다.

진동 신호에서 진동의 주파수는 거의 항상 매우 중요합니다. 표본 추출 속도가 너무 느려서 데이터에 실제로 존재하지 않는 빈도가 표시되면 데이터가 완전히 잘못된 것입니다. 신호의 가장 빠른 변화율을 계산하는 대신 변화를 일으킬 가장 높은 주파수 성분을 결정합니다. 따라서 일부 신호, 특히 진동의 경우 앨리어싱을 피하는 것이 샘플링 속도에 대해 고려해야 하는 주요 요인입니다.

 

필터 filter

전자 필터를 사용하여 원하는 신호를 노이즈에서 분리할 수 있습니다. 주파수가 샘플링 속도의 절반보다 높을 가능성이 있기 때문에(종종 노이즈로 인해) 필터는 거의 항상 진동 측정 응용 분야에 사용됩니다. 필터가 이상적이면(결코 이상적이지 않은 경우) 샘플링 속도는 신호가 통과할 수 없는 주파수인 필터의 차단 주파수의 두 배 이상이어야 합니다.

 

실제 필터를 사용하면 일부 신호가 차단 주파수 이상으로 통과할 수 있으므로 샘플링 속도는 차단 주파수의 두 배 이상이어야 합니다. 필요한 주파수를 파악하는 것은 복잡하지만 필터 특성에 따라 차단 주파수의 4-10배인 경우가 많습니다.

필터는 그들이 가지고있는 "극"의 수로 특징 지어집니다. 극점은 필터의 복잡성에서 비롯되는 수학적 특성입니다. 더 복잡한 필터는 더 많은 극을 가지며 이상적인 필터에 더 가깝습니다.

 

다이어그램에서 간단한 단극 필터는 차단 주파수 이상의 주파수를 차단하는 데 그다지 좋지 않다는 것을 알 수 있습니다. 차단 주파수의 시간 곱하기 신호는 10번만 감쇠됩니다. 이는 앨리어싱을 방지하기에 충분하지 않을 수 있습니다.

 

이상적이고 실용적인 필터

폴링(Polled) 및 인터럽트 획득(Interrupt Acquisition)

데이터 수집 소프트웨어는 샘플 속도가 느릴 때 간단하고 간단할 수 있습니다. 폴링된(또는 비동기) 수집이 사용될 수 있으며, 여기서 어플리케이션은 데이터 수집 디바이스로부터 데이터를 샘플링할 시기를 한 번에 하나의 샘플로 결정할 수 있다. 고속 데이터에서는 작동하지 않는데, 이는 각 샘플 수집과 관련된 오버헤드 때문입니다.

 

인터럽트 구동(또는 동기식 또는 버퍼링된) 수집은 블록에서 데이터를 수집하여 폴링된 수집에서 하나의 샘플과 거의 동일한 오버헤드로 한 번에 많은 샘플을 수집합니다. 인터럽트 수집은 폴링된 것보다 10배에서 1000배 빠른 샘플 속도를 제공할 수 있습니다. 또한 샘플 사이의 시간이 훨씬 더 정확합니다.

 

이러한 이점과 더불어 데이터 수집 소프트웨어를 작성하든 단순히 구성하든 더 복잡합니다. 다음은 인터럽트 기반 수집을 수행하는 데이터 수집 어플리케이션을 구성하는 방법을 설명합니다. 수집된 데이터는 아날로그 입력, 디지털 입력 또는 카운터/타이머 입력일 수 있습니다. 출력도 비슷한 방식으로 작동합니다.

 

 

블록 및 버퍼

데이터를 빠르고 정확한 시간 간격으로 캡처하기 위해 로우 레벨 데이터 수집 드라이버가 작업을 수행하여 버퍼라고 하는 메모리의 일부에 샘플을 하나씩 넣습니다. 응용 프로그램은 분석을 위해 버퍼에서 데이터를 꺼내는데, 한 번에 하나의 샘플이 아니라 여러 샘플의 블록으로 나뉩니다. 이 예에는 개인용 컴퓨터(PC)에 연결된 장치가 있습니다.

데이터 수집 장치

 

로우 레벨 데이터 수집 드라이버는 하드웨어와 직접 통신하여 데이터 수집 디바이스의 레지스터를 조작합니다. 드라이버는 작고 빠르게 작성되므로 데이터를 버퍼에 빠르게 넣을 수 있습니다.

응용 프로그램에서 블록 크기와 샘플 속도를 지정합니다. 하위 수준 드라이버는 지정된 샘플 속도로 버퍼를 채웁니다. 애플리케이션은 하나의 블록을 채우기에 충분한 데이터를 획득할 때까지 기다려야 합니다. 그런 다음 전체 블록의 모든 데이터를 처리할 수 있습니다. 그런 다음 다음 데이터 블록이 가득 찰 때까지 기다려야 더 이상 데이터를 처리할 수 있습니다.

인터럽트 기반 데이터 수집에는 데이터 수집 드라이버가 데이터를 읽고 버퍼에 넣는 것과 애플리케이션이 버퍼에서 데이터를 가져와 처리하는 두 개의 독립적인 프로세스가 있습니다. 각 프로세스에는 속도 제한이 있습니다.

일반적으로 드라이버는 애플리케이션이 처리할 수 있는 것보다 더 빠르게 데이터를 버퍼에 넣을 수 있습니다. 데이터 수집 디바이스가 최대 속도로 실행되는 경우 애플리케이션이 데이터 블록을 충분히 빠르게 처리하지 못하기 때문에 버퍼가 결국 채워질 수 있습니다.

버퍼가 처리되지 않은 데이터로 채워지면 두 가지 옵션이 있습니다. 응용 프로그램에서 처리를 중지하고 경고 메시지를 표시하거나 버퍼의 데이터를 덮어쓸 수 있습니다. 데이터를 덮어쓰는 것은 거의 허용되지 않으므로 대부분의 데이터 수집 어플리케이션은 버퍼가 채워지면 중지됩니다.

응용 프로그램 운영자가 보는 것은 응용 프로그램이 잠시 동안 실행된 다음 중지되고 샘플 속도가 너무 빠르다고 말하는 것입니다. 버퍼가 매우 크면 버퍼가 채워지고 애플리케이션이 중지되기까지 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 운영자에게 버퍼가 채워지고 있음을 나타내려면 버퍼의 상태를 나타내는 표시기를 사용하는 것이 바람직합니다. 버퍼가 처리되지 않은 데이터로 채워지면 상태가 0%에서 100% 가득 참으로 바뀝니다.

 

버퍼가 있는 데이터 수집 디바이스

많은 데이터 수집 디바이스에는 위에서 설명한 PC 메모리의 버퍼와 별개로 자체 데이터 버퍼가 있습니다. 데이터 수집 드라이버는 데이터 수집 디바이스의 버퍼에서 PC 메모리의 버퍼로 데이터를 블록 단위로 전송할 수 있습니다. 이렇게 하면 PC 버퍼로의 데이터 수집 속도가 빨라집니다.

버퍼가 있는 데이터 수집 장치

 

데이터 수집 장치에 버퍼가 있으면 PC 메모리의 버퍼가 속도를 높이는 것과 같은 이유로 속도가 증가합니다. 드라이버에서 하나의 샘플을 처리하는 오버헤드는 많은 샘플을 처리하는 경우에도 동일합니다. 이는 Windows 또는 Linux와 같은 복잡한 운영 체제에서 특히 중요합니다.

버퍼가 장치에 있을 때 PC 메모리의 버퍼와 동일한 문제가 발생합니다. 데이터는 블록 단위로 처리되며 버퍼가 오버플로될 수 있습니다.

일반적으로 데이터 수집 드라이버는 데이터 수집 장치에 의해 생성된 인터럽트에 의해 활성화됩니다. 장치에 버퍼가 없으면 샘플을 사용할 수 있을 때마다 PC를 중단해야 합니다. 인터럽트로 인해 PC의 프로세서가 작업을 중지하고 드라이버 프로그램을 실행합니다. 드라이버는 데이터 수집 장치에서 PC 메모리 버퍼로 데이터를 전송하고 돌아와야 PC가 다른 중단이 발생하기 전에 하던 작업을 다시 시작할 수 있습니다. Windows에서는 초당 약 1000개의 샘플을 안정적으로 실행할 수 있습니다. 다른 응용 프로그램이 실행 중이거나 응용 프로그램이 많은 처리를 수행하는 경우 속도가 훨씬 적게 제한될 수 있습니다.

데이터 수집 장치에 버퍼가 있는 경우, 각 인터럽트 동안 많은 샘플이 전송될 수 있습니다. 단 1,000개의 샘플 버퍼를 사용하면 초당 최대 1,000,000개의 샘플 속도가 가능합니다(장치가 그렇게 빨리 실행될 수 있는 경우). 또는 더 느린 속도로 애플리케이션이 복잡한 처리를 수행하거나 다른 애플리케이션이 데이터 손실 없이 동시에 실행될 수 있습니다. Windows에서는 사용자가 모르는 사이에 다른 응용 프로그램이나 드라이버가 실행될 수 있습니다. 데이터 수집 장치에 버퍼를 두는 것은 일정한 속도로 빠른 데이터를 수집하려는 경우 매우 유용합니다.

작은 장치가 데이터를 수집할 때도 동일한 문제가 발생합니다. 손목에 착용한 장치는 Linux와 같은 운영 체제를 실행할 수 있으며 장치의 일부에서 별도의 버퍼로 데이터를 수집할 수 있습니다. 이 모든 것이 손목에 있는 작은 장치에 들어갈 수 있습니다.

 

시간 지연 Time Delays

 

보시다시피 인터럽트 데이터 수집을 통해 훨씬 빠른 샘플링 속도를 얻을 수 있지만 데이터 읽기와 데이터 처리 사이에는 고유한 지연이 있습니다. 지연 후 데이터가 화면에 나타나거나 디스크에 기록됩니다. 또한, 애플리케이션의 처리로 인해 약간의 지연이 있습니다. 대부분의 드라이버와 애플리케이션은 데이터 샘플에 대해 보고된 시간이 버퍼에 저장된 시간이 아니라 데이터 샘플을 실제로 획득한 시간이 되는 방식으로 함께 작동합니다.

다음 표에서는 데이터 블록을 채우는 데 걸리는 시간 지연과 디스크에 데이터를 기록하는 응용 프로그램의 경우 데이터가 디스크에 나타나기 전까지의 시간 지연을 보여 줍니다. 파일 버퍼로 인한 지연은 포함되지 않으며, 이는 응용프로그램 외부에서 설정됩니다. 이 추가 지연은 전원이 끊기지 않는 한 눈에 띄지 않습니다. 정전 시 파일 버퍼(또는 PC 메모리 버퍼)에 남아 있고 디스크에 아직 기록되지 않은 데이터가 손실됩니다.

이 표에서는 응용 프로그램이 데이터를 처리하는 데 0.1초의 지연이 있다고 가정합니다. 애플리케이션이 수행하도록 구성된 작업에 따라 이 작업은 훨씬 더 클 수 있으며, 1초 이상일 수 있습니다.

 

입력 샘플링 후 시간 지연
샘플 레이트	블록 크기	버퍼 지연	디스크 지연
(Hz)	(샘플)	(초)	(초)
10,000	10,000	1	1.1
10,000	1,000	0.1	1.2
1,000	10,000	10	10.1
1,000	1,000	1	1.1
1,000	100	0.1	0.2
100	10,000	100	100.1
100	1,000	10	10.1
100	100	1	1.1

 

자체 온보드 버퍼가 있는 데이터 수집 디바이스의 경우, 버퍼의 크기가 어플리케이션의 블록 크기보다 작은 한 지연은 위의 차트와 동일합니다. 디바이스 버퍼가 애플리케이션의 블록 크기보다 작게 설정된 경우 애플리케이션은 데이터를 처리하기 전에 디바이스 버퍼가 채워질 때까지 기다려야 합니다. 많은 데이터 수집 디바이스는 샘플 속도가 느릴 때 이러한 문제를 피하기 위해 디바이스 버퍼에서 PC 메모리 버퍼로 소량의 데이터를 전송할 수 있습니다.

PC 메모리 버퍼가 장치 버퍼보다 크거나 PC 메모리 버퍼가 오버플로되어 샘플 속도가 매우 느린 경우에도 데이터 수집이 중지될 수 있는지 확인하십시오.

 

채널 간 시간 지연

 

데이터 수집 디바이스에서 데이터를 수집할 때 일반적으로 채널 간에 시간 지연이 있습니다. 대부분의 데이터 수집 디바이스는 멀티플렉서를 사용하여 입력을 순서대로 샘플링합니다. 따라서 채널이 동시에 읽히지 않습니다.

일부 드라이버 및 데이터 수집 디바이스의 경우, 채널 간 전환 후 증폭기의 최대 안정화 시간을 제공하기 위해 전체 샘플링 간격에 걸쳐 채널 간 시간이 균등하게 배치됩니다. 다른 드라이버 및 데이터 수집 디바이스를 사용하면 최대 속도로 채널을 스캔한 후 다음 샘플 간격을 기다리면서 채널 간 시간을 최소한으로 유지할 수 있습니다. 채널이 거의 동시적이기 때문에 이를 의사 동시 수집이라고도 합니다.

데이터가 디스크에 기록될 때 일반적으로 첫 번째 채널의 수집 시간으로 타임스탬프가 지정됩니다. 모든 채널이 동시에 샘플링된 것으로 보이지만 이는 사실이 아닙니다. 실제로 디스크의 데이터는 다음 표와 같이 샘플링됩니다.

 

샘플 시간, 샘플 레이트 100Hz, 4채널, 시간(ms) 

균등한 간격의 획득
Sample	Channel 1	Channel 2	Channel 3	Channel 4
1	0 ms	2.5 ms	5 ms	7.5 ms
2	10 ms	12.5 ms	15 ms	17.5 ms
3	20 ms	22.5 ms	25 ms	27.5 ms

 

동시 획득
Sample	Channel 1	Channel 2	Channel 3	Channel 4
1	0 ms	0.01 ms	0.02 ms	0.03 ms
2	10 ms	10.01 ms	10.02 ms	10.03 ms
3	20 ms	20.01 ms	20.02 ms	20.03 ms

 

이 표는 실제 데이터 수집의 시간 지연을 보여줍니다. 버퍼를 채우고 위에서 설명한 애플리케이션에 의해 데이터를 처리하는 것으로 인한 지연은 포함되지 않습니다. 이 의사 동시 수집 예에서 채널 간 시간은 10us입니다. 특정 데이터 수집 장치가 이를 결정합니다. 시간은 일반적으로 최대 샘플 속도에 의해 결정됩니다. 초당 최대 100,000개 샘플의 속도는 10us의 샘플 사이의 시간을 산출합니다.

 

여러 채널을 동시에 수집하는 장치가 있습니다. 이를 "동시 샘플 앤 홀드" 또는 SSH라고 합니다. 이 장치는 모든 채널의 아날로그 값을 동시에 캡처한 다음 샘플을 한 번에 하나씩 디지털화합니다. 이렇게 하면 채널 간의 시간 오차가 제거됩니다. 진동 측정과 같은 일부 응용 프로그램에서는 시간 오차가 중요하고 데이터 분석 결과에 영향을 미치므로 SSH는 좋은 데이터를 얻는 데 매우 중요합니다.

 

버스트 및 연속 획득

 

Windows 소프트웨어에서 초당 100,000개 이상의 샘플로 데이터를 지속적으로 수집할 수 있습니다. 이 속도에서는 데이터를 이진 형식으로만 디스크로 스트리밍할 수 있습니다. 어플리케이션에서 데이터의 임의의 처리가 요구되는 경우, 수집 장치의 속도가 제한되는 경우, 또는 이보다 높은 데이터 전송률이 요구되는 경우, 버스트에서 데이터를 캡처할 필요가 있다.

 

버스트의 데이터 수집은 항상 동기식으로 수행되므로 샘플 속도가 정확합니다. PC 메모리 버퍼는 응용 프로그램이 비활성 상태이고 프로세서 리소스를 사용하지 않는 동안 데이터 버스트로 채워집니다. 버퍼가 꽉 차면 응용 프로그램이 데이터를 인계받아 처리합니다. 수집 버스트는 수동으로 다시 시작되거나 일부 소프트웨어에서는 자동으로 다시 시작될 수 있습니다. 애플리케이션이 데이터가 캡처되지 않는 동안 데이터를 처리하는 동안 각 버스트 사이에는 간격이 있습니다.

 

버스트에서 수집할 샘플 수를 미리 지정해야 합니다. 최대 샘플 수는 PC의 메모리 양에 의해 제한됩니다. 연속 모드에서는 샘플 수가 기본적으로 무제한이거나 디스크에 데이터를 기록할 때 디스크 공간의 양으로 제한됩니다.

버스트 모드 수집은 데이터 수집 디바이스에 자체 버퍼가 있을 때 훨씬 더 빠릅니다. 획득 속도는 장치의 속도와 버퍼의 크기에 의해서만 제한됩니다. 일반적으로 PC는 데이터 수집 디바이스보다 메모리가 더 많기 때문에 버스트 모드에서 PC 메모리에 더 많은 샘플을 가져올 수 있지만 속도는 느립니다.

 

디스크 스트리밍

많은 데이터 수집 소프트웨어 어플리케이션은 연속 수집과 버스트 수집 사이의 절충안을 제공합니다. 디스크로 스트리밍하면 데이터 수집 디바이스에서 디스크 드라이브로 데이터가 매우 효율적으로 이동합니다. 다른 처리나 표시가 수행되지 않기 때문에 연속 수집보다 훨씬 빠릅니다. 버스트 수집보다 느리지만 캡처할 수 있는 데이터의 양은 메모리가 아닌 디스크에서 사용 가능한 공간에 의해 제한됩니다.

 

카운터/타이머 입력

지금까지 논의된 모든 입력은 아날로그 입력이었습니다. 고속 스위칭 디지털 신호를 카운트하거나 주파수를 측정해야 하는 애플리케이션이 있습니다. 이 작업은 대개 하드웨어 카운터/타이머를 사용하여 가장 편리하게 수행할 수 있습니다. 하드웨어 카운터/타이머는 초당 1천만에서 수십억 개의 디지털 펄스를 셀 수 있습니다.

애플리케이션 소프트웨어는 카운트된 펄스 수를 읽습니다. 이는 입력에 대해 지정된 샘플링 속도에서 발생합니다. 동기식 데이터 수집을 수행할 때 드라이버는 아날로그 입력과 마찬가지로 펄스 카운트를 버퍼로 읽어 들입니다. 애플리케이션 소프트웨어는 아날로그 입력과 마찬가지로 버퍼에서 블록 단위로 데이터를 읽습니다. 펄스가 초당 1,000,000 펄스와 같이 빠른 속도로 카운트되더라도 펄스 카운트는 초당 100개의 샘플로 천천히 읽을 수 있습니다. 이 예에서는 펄스 카운트를 읽을 때마다(각 샘플) 약 10,000개의 펄스가 발생합니다(1,000,000개의 샘플/초에서 0.01초).

총 펄스 수를 측정하려면 애플리케이션 소프트웨어를 설정하여 모든 샘플의 총 펄스 수를 계산하고 각 샘플의 수를 추가해야 합니다. 주파수를 측정하려면 애플리케이션 소프트웨어가 각 샘플 동안 펄스 수를 샘플 간격의 길이로 나누어야 합니다.

펄스 속도와 비교하여 샘플링 속도를 선택하여 주파수를 얼마나 정확하게 해결할 것인지에 주의해야 합니다. 예를 들어, 샘플 속도가 초당 1,000개이고 측정되는 펄스가 10,000Hz인 경우 각 샘플에는 10개의 펄스가 있습니다. 주파수의 변화는 이산적이기 때문에 주파수는 10,000Hz(해상도 1,000Hz)의 10%까지만 확인할 수 있습니다. 샘플에는 9,090Hz, 10,000Hz 또는 11,111Hz의 주파수를 생성하는 펄스가 있습니다.

주파수를 더 미세한 정밀도로 분해하는 두 가지 방법이 있습니다. 1) 각 샘플에서 더 많은 펄스가 측정되도록 샘플링 속도를 줄이거나 2) 결과 주파수를 평균화하는 방법입니다. 어느 쪽이든 동일합니다. 샘플 주파수를 100Hz로 줄이거나 평균 10개의 샘플을 사용하면 샘플(사례 1) 또는 평균(사례 2)에 100개의 펄스가 있기 때문에 주파수가 1%로 해결됩니다. 아날로그 입력을 샘플링해야 하는 속도와 같이 다른 요인이 샘플 주파수를 결정할 수 있기 때문에 두 번째 방법을 사용하는 것이 더 일반적입니다.

 

소음

노이즈는 신호에 영향을 미치고 정보를 왜곡할 수 있는 원치 않는 간섭입니다. 소음은 다양한 원인에서 발생합니다. 일부는 회로나 장치 내부에서 오고 일부는 외부에서 옵니다. 노이즈는 근본적으로 다른 두 가지 방법을 통해 외부에서 회로로 유입됩니다.

 

방사 – 안테나

전도 – 전선

 

방사 노이즈

방사 잡음은 전파로 공기를 통해 이동합니다. 회로에 결합하거나 인클로저를 효율적으로 통과하려면 회로 또는 인클로저의 구멍 치수가 노이즈 파장의 1/4에 가까워야 합니다. 다음은 다양한 주파수(진공 상태)에 대한 파장입니다.

 

1 KHz – 190 miles

1 MHz – 1000 feet

1 GHz – 1 foot

 

AM 라디오 방송국(1MHz 근처)이 회로에서 상당한 노이즈를 유발할 수 있지만 대부분의 회로에서 방사 노이즈가 주로 100MHz 이상의 문제임을 알 수 있습니다.

금속 인클로저와 차폐 케이블은 방사 노이즈를 줄이는 데 효과적입니다. µ 파장의 구멍, 심지어 슬롯도 인클로저를 통해 신호를 전달하는 데 매우 효율적입니다. 이러한 슬롯은 1GHz 이상의 주파수에서는 피하기 어려울 수 있습니다.

 

전도 소음

전도 노이즈는 전선의 회로에 들어갑니다. 측정된 신호를 수신하는 신호 와이어일 수도 있고 전원 공급 장치 와이어일 수도 있습니다. 배터리로 작동되는 장치는 전원 공급 장치 와이어의 소음을 방지합니다. 고주파 잡음 외에도 전력선 주파수 잡음이 있으며 일반적으로 50Hz 또는 60Hz입니다. 시스템에 대한 두 가지 경로는 전원 공급 장치의 전력선에서 직접 연결되고 대부분의 건물에 걸쳐 있는 신호선과 전력선 간의 결합입니다.

 

전도 노이즈는 차폐 또는 필터링을 통해 감소됩니다. 차폐는 노이즈를 차단하고 필터링은 모든 노이즈를 회로에서 차단할 수 없을 때 노이즈를 줄입니다. 측정되는 신호가 온도와 같이 느리게 변하면 필터의 차단 주파수가 낮을 수 있습니다. 따라서 열전대에서 마이크로볼트 레벨 신호를 비교적 쉽게 측정할 수 있습니다. 가속도계와 같은 신호는 종종 10KHz에서 측정되므로 필터링으로 인해 많은 노이즈를 줄일 수 없습니다.