సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ ఎలా పనిచేస్తుంది

సిగ్నల్ అంటే ఏమిటి?

సిగ్నల్ అనేది ఏదైనా భౌతిక వేరియబుల్, దీని విలువ లేదా కాలక్రమేణా దాని మార్పు సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ సమాచారం ప్రసంగం మరియు సంగీతానికి లేదా గాలి ఉష్ణోగ్రత లేదా గది కాంతి వంటి భౌతిక పరిమాణాలకు సంబంధించినది. ఎలక్ట్రికల్ సిస్టమ్‌లలో సమాచారాన్ని తీసుకువెళ్లగల భౌతిక వేరియబుల్స్ వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్.

ఈ వ్యాసంలో, "సిగ్నల్స్" ద్వారా మనం ప్రధానంగా వోల్టేజ్ లేదా కరెంట్ అని అర్థం. అయితే, ఇక్కడ చర్చించిన చాలా భావనలు ఇతర వేరియబుల్స్ సమాచార వాహకాలుగా ఉండే సిస్టమ్‌లకు చెల్లుబాటు అయ్యేవి. అందువలన, యాంత్రిక వ్యవస్థ (వేరియబుల్స్-ఫోర్స్ మరియు వేగం) లేదా హైడ్రాలిక్ సిస్టమ్ (వేరియబుల్స్-ప్రెజర్ మరియు ఫ్లో) యొక్క ప్రవర్తన తరచుగా సమానమైన విద్యుత్ వ్యవస్థ ద్వారా సూచించబడుతుంది లేదా చెప్పబడినట్లుగా, అనుకరించబడుతుంది. అందువల్ల, ఎలక్ట్రికల్ సిస్టమ్స్ యొక్క ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడం చాలా విస్తృతమైన దృగ్విషయాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక ఆధారాన్ని అందిస్తుంది.

అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ సిగ్నల్స్

సిగ్నల్ రెండు రూపాల్లో సమాచారాన్ని తీసుకువెళుతుంది. అనలాగ్ సిగ్నల్ వోల్టేజ్ లేదా కరెంట్ సమయంలో నిరంతర మార్పు రూపంలో సమాచారాన్ని చేరవేస్తుంది. అనలాగ్ సిగ్నల్ యొక్క ఉదాహరణ దీని ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వోల్టేజ్ థర్మోకపుల్ జంక్షన్ వద్దవివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద. జంక్షన్ల మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం మారినప్పుడు, థర్మోకపుల్స్ అంతటా వోల్టేజ్ మారుతుంది. అందువలన, వోల్టేజ్ ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం యొక్క అనలాగ్ ప్రాతినిధ్యం ఇస్తుంది.

థర్మోకపుల్ - రాగి మరియు స్థిరాంకం వంటి రెండు అసమాన లోహాల సమ్మేళనం. రెండు జంక్షన్ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వోల్టేజ్ వాటి మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ఇది మరొక రకమైన సిగ్నల్ డిజిటల్ సిగ్నల్… ఇది రెండు వేర్వేరు ఫీల్డ్‌లలో విలువలను తీసుకోవచ్చు. అటువంటి సంకేతాలు ఆన్/ఆఫ్ లేదా అవును-నో సమాచారాన్ని సూచించడానికి ఉపయోగించబడతాయి.

ఉదాహరణకు, హీటర్‌ను నియంత్రించడానికి ఇంటి థర్మోస్టాట్ డిజిటల్ సిగ్నల్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. గది ఉష్ణోగ్రత ముందుగా నిర్ణయించిన విలువ కంటే తగ్గినప్పుడు, థర్మోస్టాట్ స్విచ్ పరిచయాలను మూసివేస్తుంది మరియు హీటర్‌ను ఆన్ చేస్తుంది. గది ఉష్ణోగ్రత తగినంతగా పెరిగిన తర్వాత, స్విచ్ హీటర్‌ను ఆపివేస్తుంది. స్విచ్ ద్వారా కరెంట్ ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు యొక్క డిజిటల్ ప్రాతినిధ్యాన్ని ఇస్తుంది: ఆన్ చాలా చల్లగా ఉంటుంది మరియు ఆఫ్ చాలా వెచ్చగా ఉంటుంది.

అన్నం. 1. అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ సిగ్నల్స్

సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ సిస్టమ్

సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ సిస్టమ్ అనేది ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను (లేదా ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ల సమూహం) అంగీకరించగల ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడిన భాగాలు మరియు పరికరాల సమితి, ఇది సమాచారాన్ని సంగ్రహించడానికి లేదా దాని నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి మరియు అవుట్‌పుట్‌లో సమాచారాన్ని అందించడానికి నిర్దిష్ట మార్గంలో సిగ్నల్‌లపై పని చేస్తుంది. తగిన రూపం మరియు తగిన సమయంలో.

భౌతిక వ్యవస్థలలోని అనేక విద్యుత్ సంకేతాలు అనే పరికరాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి సెన్సార్లు… మేము ఇప్పటికే అనలాగ్ సెన్సార్ యొక్క ఉదాహరణను వివరించాము — థర్మోకపుల్. ఇది ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాన్ని (భౌతిక వేరియబుల్) వోల్టేజ్ (ఎలక్ట్రికల్ వేరియబుల్)గా మారుస్తుంది. సాధారణంగా సెన్సార్ - భౌతిక లేదా యాంత్రిక పరిమాణాన్ని సమానమైన వోల్టేజ్ లేదా కరెంట్ సిగ్నల్‌గా మార్చే పరికరం. అయినప్పటికీ, థర్మోకపుల్‌లా కాకుండా, చాలా సెన్సార్‌లు పనిచేయడానికి కొన్ని రకాల విద్యుత్ ప్రేరణ అవసరం.

ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్స్‌లో ఉన్న సమాచారం ఎలా ఉపయోగించబడుతుందనే దానిపై ఆధారపడి సిస్టమ్ యొక్క అవుట్‌పుట్ వద్ద సిగ్నల్‌ల ఎంపిక వివిధ రూపాల్లో చేయవచ్చు. సమాచారం అనలాగ్ రూపంలో (ఉదాహరణకు, బాణం యొక్క స్థానం ఆసక్తి వేరియబుల్ యొక్క విలువను సూచించే పరికరాన్ని ఉపయోగించి) లేదా డిజిటల్ రూపంలో (సంఖ్యను చూపే డిస్ప్లేలో డిజిటల్ మూలకాల వ్యవస్థను ఉపయోగించి) ప్రదర్శించబడుతుంది. మాకు వడ్డీ విలువకు అనుగుణంగా).

అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌లను సౌండ్ ఎనర్జీ (లౌడ్‌స్పీకర్)గా మార్చడం, వాటిని మరొక సిస్టమ్ కోసం ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌లుగా ఉపయోగించడం లేదా నియంత్రణ కోసం ఉపయోగించడం ఇతర అవకాశాలు. ఈ సందర్భాలలో కొన్నింటిని వివరించడానికి కొన్ని ఉదాహరణలను చూద్దాం.

కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ

ఒక కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ని పరిగణించండి, దీని ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌లు ప్రసంగం, సంగీతం లేదా ఒక ప్రదేశంలో ఉత్పత్తి చేయబడి, అక్కడ అసలైన ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను ఖచ్చితంగా రికవర్ చేయడానికి చాలా దూరాలకు విశ్వసనీయంగా ప్రసారం చేయబడే డేటా కావచ్చు.

ఉదాహరణగా, FIG. 2 అనేది సాంప్రదాయిక యాంప్లిట్యూడ్ మాడ్యులేషన్ (AM) ప్రసార వ్యవస్థ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.AM మాడ్యులేషన్‌లో, రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ యొక్క వ్యాప్తి (పీక్-టు-పీక్) తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ (ధ్వని పౌనఃపున్యాలకు సంబంధించిన ఆడియో సిగ్నల్) యొక్క పరిమాణానికి అనుగుణంగా మారుతుంది.

అన్నం. 2. యాంప్లిట్యూడ్ మాడ్యులేషన్‌తో ప్రసార కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ

AM రేడియో ప్రసార వ్యవస్థ యొక్క ట్రాన్స్‌మిటర్ ఇన్‌పుట్ పరికరం (మైక్రోఫోన్) నుండి ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను తీసుకుంటుంది, రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ (ప్రతి రేడియో స్టేషన్‌కు దాని స్వంత నిర్దిష్ట రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటుంది) మరియు రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ యొక్క వ్యాప్తిని నియంత్రించడానికి ఈ సిగ్నల్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. అంతరిక్షంలోకి విడుదలయ్యే విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను ఉత్పత్తి చేసే అవుట్‌పుట్ పరికరాన్ని (యాంటెన్నా) డ్రైవ్ చేస్తుంది.

స్వీకరించే వ్యవస్థలో ఇన్‌పుట్ పరికరం (యాంటెన్నా), ప్రాసెసర్ (రిసీవర్) మరియు అవుట్‌పుట్ పరికరం (లౌడ్‌స్పీకర్) ఉంటాయి. రిసీవర్ యాంటెన్నా నుండి అందుకున్న సాపేక్షంగా బలహీనమైన సిగ్నల్‌ను పెంచుతుంది (బలపరుస్తుంది), అన్ని ఇతర ట్రాన్స్‌మిటర్ల సిగ్నల్‌ల నుండి కావలసిన రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క సిగ్నల్‌ను ఎంచుకుంటుంది, రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ యొక్క వ్యాప్తిలో మార్పు ఆధారంగా ఆడియో సిగ్నల్‌ను పునర్నిర్మిస్తుంది మరియు ఈ ఆడియో సిగ్నల్‌తో స్పీకర్‌ను ఉత్తేజపరుస్తుంది.

కొలత వ్యవస్థ

కొలత వ్యవస్థ యొక్క పని నిర్దిష్ట భౌతిక వ్యవస్థ యొక్క ప్రవర్తన గురించి సంబంధిత సెన్సార్ల నుండి సమాచారాన్ని స్వీకరించడం మరియు ఈ సమాచారాన్ని నమోదు చేయడం. అటువంటి వ్యవస్థ యొక్క ఉదాహరణ డిజిటల్ థర్మామీటర్ (Fig. 3).

అన్నం. 3. డిజిటల్ థర్మామీటర్ యొక్క ఫంక్షనల్ రేఖాచిత్రం

రెండు థర్మోకపుల్ కనెక్షన్‌లు-ఒకటి ఉష్ణోగ్రతను కొలవాల్సిన శరీరంతో థర్మల్ కాంటాక్ట్‌లో ఉంటుంది, మరొకటి మంచు కంటైనర్‌లో మునిగిపోతుంది (స్థిరమైన రిఫరెన్స్ పాయింట్‌ను పొందేందుకు)-శరీరం మరియు మంచు మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసంపై ఆధారపడిన వోల్టేజ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. . ఈ వోల్టేజ్ ప్రాసెసర్‌లోకి అందించబడుతుంది.

థర్మోకపుల్ వోల్టేజ్ ఖచ్చితంగా ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసానికి అనులోమానుపాతంలో లేనందున, ఖచ్చితమైన అనుపాతతను పొందేందుకు చిన్న దిద్దుబాటు అవసరం. దిద్దుబాటు పురోగతిలో ఉంది సరళీకరణ పరికరం… థర్మోకపుల్ నుండి అనలాగ్ వోల్టేజ్ మొదట విస్తరించబడుతుంది (అనగా మరింత చేస్తుంది), తర్వాత సరళీకరించబడుతుంది మరియు డిజిటలైజ్ చేయబడుతుంది. చివరగా, ఇది థర్మామీటర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ పరికరంగా ఉపయోగించే డిజిటల్ డిస్‌ప్లే రిజిస్టర్‌లో కనిపిస్తుంది.

కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ యొక్క ప్రధాన పని సోర్స్ సిగ్నల్ యొక్క సరైన కాపీని ప్రసారం చేయడం అయితే, కొలత వ్యవస్థ యొక్క ప్రధాన పని సంఖ్యాపరంగా సరైన డేటాను పొందడం. అందువల్ల, దాని ప్రాసెసింగ్ యొక్క ఏ దశలోనైనా సిగ్నల్‌ను వక్రీకరించే చిన్న లోపాలను కూడా గుర్తించడం మరియు తొలగించడం అనేది కొలత వ్యవస్థలకు ప్రత్యేక ప్రాముఖ్యతనిస్తుందని ఆశించాలి.

అభిప్రాయ నియంత్రణ వ్యవస్థ

ఇప్పుడు ఫీడ్‌బ్యాక్ నియంత్రణ వ్యవస్థను పరిగణించండి, దీనిలో అవుట్‌పుట్ వద్ద సమాచారం సిస్టమ్‌ను నియంత్రించే సంకేతాలను మారుస్తుంది.

Fig.4 గది ఉష్ణోగ్రతను నిర్వహించడానికి ఉపయోగించే థర్మోస్టాట్ యొక్క రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది. సిస్టమ్ గది ఉష్ణోగ్రతను నిర్ణయించడానికి ఇన్‌పుట్ పరికరాన్ని కలిగి ఉంటుంది (సాధారణంగా ఇది ద్విలోహ స్ట్రిప్ఉష్ణోగ్రత మారినప్పుడు ఇది వంగి ఉంటుంది), కావలసిన ఉష్ణోగ్రత (ప్రధాన డయల్) మరియు మెకానికల్ స్విచ్‌లను అమర్చడానికి ఒక మెకానికల్ స్విచ్‌లు ద్విలోహ రిలే ద్వారా ప్రేరేపించబడతాయి మరియు హీటర్‌ను నియంత్రిస్తాయి.

అన్నం. 4. క్లోజ్డ్-లూప్ కంట్రోల్ సిస్టమ్ యొక్క ఉదాహరణ

ఈ సాధారణ వ్యవస్థను ఉదాహరణగా ఉపయోగించి, వాస్తవానికి ఒక స్విచ్ తప్ప ఇతర విద్యుత్ మూలకాలు లేవు, పరిగణించండి అభిప్రాయ భావన… అంజీర్‌లోని ఫీడ్‌బ్యాక్ లైన్ అని అనుకుందాం.3 విరిగింది, అంటే, హీటర్‌ను ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయడానికి మెకానిజమ్స్ లేవు. అప్పుడు గదిలోని ఉష్ణోగ్రత ఒక నిర్దిష్ట గరిష్ట స్థాయికి పెరుగుతుంది (హీటర్ యొక్క స్థిరమైన చేరికకు అనుగుణంగా) లేదా ఒక నిర్దిష్ట కనిష్టానికి పడిపోతుంది (హీటర్ అన్ని సమయాలలో ఆపివేయబడిందనే దానికి అనుగుణంగా).

ఇది గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద చాలా వేడిగా మరియు కనిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద చాలా చల్లగా ఉందని అనుకుందాం. ఈ సందర్భంలో హీటర్‌ను ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయడానికి కొన్ని “నియంత్రణ పరికరం” తప్పక అందించాలి.

అలాంటి "నియంత్రణ పరికరం" అనేది చల్లగా ఉన్నప్పుడు హీటర్‌ను ఆన్ చేసి, వేడిగా ఉన్నప్పుడు దాన్ని ఆఫ్ చేసే వ్యక్తి కావచ్చు. ఇప్పటికే ఈ స్థాయిలో, సిస్టమ్ (ముఖంతో పాటు) ఒక క్లోజ్డ్-లూప్ నియంత్రణ వ్యవస్థ, ఎందుకంటే అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్ (గది ఉష్ణోగ్రత) గురించి సమాచారం నియంత్రణ సిగ్నల్‌లను మార్చడానికి ఉపయోగించబడుతుంది (హీటర్‌ను ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయడం).

థర్మోస్టాట్ స్వయంచాలకంగా మానవుడు చేసే పనిని చేస్తుంది, అంటే ఉష్ణోగ్రత సెట్ పాయింట్ కంటే తక్కువగా పడిపోయినప్పుడు హీటర్‌ను ఆన్ చేయడం మరియు లేకపోతే దాన్ని ఆఫ్ చేయడం. సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ నిర్వహించబడే వాటితో సహా అనేక ఇతర అభిప్రాయ వ్యవస్థలు ఉన్నాయి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల ఉపయోగం.