क्यों एक निश्चित आवृत्ति पर नमूना सिर्फ तुरंत इसे नीचे करने के लिए?

Question

अगर यह सवाल अच्छी तरह से पेश नहीं किया गया है तो मैं माफी चाहता हूं। मैं एक पेपर पढ़ रहा हूं जो निम्नलिखित का दावा करता है:

मैगनेटोमीटर वैक्टर को 100 हर्ट्ज पर नमूना लिया जाता है। डिटेक्टर शोर और सैंपल शोर को दूर करने और स्मार्टवॉच पर लाइव प्रोसेसिंग के लिए आवश्यक संगणना को कम करने के लिए वैक्टर को 10 हर्ट्ज तक नीचे ले जाता है।

मेरे प्रश्न हैं: यदि वे नमूना आवृत्ति 10 हर्ट्ज चाहते थे, तो उन्होंने शुरुआत में सिर्फ 10 हर्ट्ज का नमूना क्यों नहीं लिया?

Comments

विरोधी अलियासिंग। बहुत ही आम।

— winny

यह दस्तावेज़ खुद के लिए बोलता है wescottdesign.com/articles/Sampling/sampling.pdf

— Blup1980

Answer 1

यदि वे नमूने की आवृत्ति 10 हर्ट्ज चाहते थे, तो उन्होंने शुरुआत में सिर्फ 10 हर्ट्ज का नमूना क्यों नहीं लिया?

अलियासिंग से बचने के लिए , सैंपलिंग से पहले सिगनल-फ़िल्टर किया जाना चाहिए। एफएस / 2 से ऊपर की कोई आवृत्तियों को एनालॉग सिग्नल में मौजूद नहीं होना चाहिए (या, वास्तविक रूप से, उन्हें शोर में दफन होने के लिए पर्याप्त रूप से देखा जाना चाहिए, या आपके इच्छित विनिर्देशों को पूरा करने के लिए पर्याप्त स्तर तक)।

यदि आप Fs = 10 हर्ट्ज पर नमूना लेते हैं और कहना चाहते हैं, तो 4 हर्ट्ज सिग्नल, आपके फ़िल्टर को उनके माध्यम से जाने की आवश्यकता होगी, फिर भी 5 हर्ट्ज से ऊपर मजबूत क्षीणन प्रदान करें, इसलिए इसे पासबैंड में एक फ्लैट ट्रांसफर फ़ंक्शन की आवश्यकता होगी, फिर एक खड़ी गिरावट कटऑफ आवृत्ति के बाद।

ये उच्च-क्रम के फ़िल्टर एनालॉग डोमेन में लागू करने के लिए कठिन और महंगे हैं, लेकिन डिजिटल डोमेन में बहुत सरल हैं। डिजिटल फिल्टर भी बहुत सटीक हैं, कटऑफ आवृत्ति उदाहरण के लिए कैपेसिटर की सहनशीलता पर निर्भर नहीं करती है।

इस प्रकार, यह एक कम-ऑर्डर एनालॉग लोअरपास का उपयोग करने के लिए बहुत सस्ता है, एक बड़े कारक द्वारा ओवरस्प्ले, फिर एक तेज डिजिटल फिल्टर का उपयोग करके अंतिम नमूना दर जिसे आप वास्तव में चाहते हैं।

एक ही डिजिटल हार्डवेयर का उपयोग कई चैनलों के लिए भी किया जा सकता है। इस कम नमूने की आवृत्ति पर, कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकताएं बहुत कम हैं, और एक आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर आसानी से डिजिटल फ़िल्टरिंग के कई चैनलों को बहुत सस्ती कीमत पर लागू करेगा।

Answer 2

आपने मैग्नेटोमीटर शब्द का उल्लेख किया है। यह दायरे को थोड़ा बढ़ा देता है।

उन लोगों के लिए मैग्नेटोमीटर परिचित नहीं है जो चुंबकीय प्रवाह को मापते हैं और फ्लक्स के अनुसार आनुपातिक आउटपुट वोल्टेज / सिग्नल बनाते हैं।

यह संभावना है कि आप किसी भी विद्युत केबलों से निकलने वाली विकिरणित चुंबकीय ऊर्जा के कारण अवांछित "विद्युत ऊर्जा" की एक उच्च मात्रा का पता लगा लेंगे।

वास्तव में, 50 हर्ट्ज की उपस्थिति में सीधे 10 हर्ट्ज पर नमूना आपको पागल कर सकता है, जैसा कि आप बिल्कुल 10 हर्ट्ज नहीं हो सकते हैं, और आप देखेंगे कि धीमे डीसी की तरह लग रहा है और कई सेकंड की अवधि में ऊपर और नीचे।

100 हर्ट्ज इस अवांछित संकेत को बाहर निकालने में मदद करने में महत्वपूर्ण हो जाता है जो आप वास्तव में देखना चाहते हैं। यह उन जगहों के लिए विशिष्ट है जहां 50 हर्ट्ज पाया जाता है, यूएस 60 हर्ट्ज में।

यदि आप कुछ देशों में मैग्नेटोमीटर का उपयोग कर रहे हैं, तो 100 हर्ट्ज / 10 हर्ट्ज इतनी अच्छी तरह से काम नहीं करता है; आपको इन बाजारों के लिए एक अलग मॉडल मिल सकता है।

एंटीएलियासिंग / फ़िल्टरिंग आदि पर उत्तर अभी भी सही हैं; यह आपके उपयोग के मामले के लिए अधिक विशिष्ट है।

Answer 3

वे तुरंत नीचे नहीं हैं। वे "फिल्टर और डाउन सैंपल"। संभवत: फ़िल्टर एक कम-पास है जो उपनामों को समाप्त करता है जो डाउनसम्प्ड सिग्नल में हो सकता है। फ़िल्टरिंग भी 100 Sps नमूनों में से कई की जानकारी का उपयोग करके शोर को कम कर सकती है ताकि प्रत्येक नमूना मानों को निर्धारित (10 Sps) सिग्नल में निर्धारित किया जा सके।

Comments

यह जवाब सही है, लेकिन सिर्फ पूर्णता के लिए, सही ढंग से downsample करने के लिए, आप चाहिए (Nyquist आवृत्ति पर) फिल्टर downsampling से पहले कम से गुजरती हैं। फ़िल्टर वैकल्पिक नहीं है।

— निशान लता

@ मर्कलाकात मैं असहमत हूँ। फ़िल्टर स्वयं आवश्यक नहीं है, जो आवश्यक है वह यह है कि आपके पास Fs / 2 से ऊपर के सिग्नल नहीं हैं। यदि आप कुछ उम्मीद करते हैं, तो आपको तथाकथित एंटी-अलियासिंग फिल्टर को जोड़ने की आवश्यकता है। यदि, आप जो भी मापते हैं, उसके डिजाइन या स्वभाव से, आप एफएस / 2 से ऊपर कुछ भी (संकेत या शोर) की उम्मीद नहीं करते हैं, तो फिल्टर बेकार है।

— Blup1980

@ Blup1980 तकनीकी रूप से सच है - लेकिन केवल तभी यदि आप गणितीय रूप से शुद्ध सिग्नल का नमूना ले रहे हैं, अनंत संकल्प के साथ, और तरंग पीढ़ी और नमूना बिंदुओं पर शून्य घबराहट के साथ। यहां तक ​​कि एक "शुद्ध" कंप्यूटर-जनरेटेड वेवफॉर्म के बाद के प्रसंस्करण के लिए, इसका मतलब है कि एलएसबी में शोर के कारण आपको सभी डिजिटल नमूनों में इसकी आवश्यकता है (हालांकि उच्च प्रस्तावों के लिए आप इसे अनदेखा करना चुन सकते हैं क्योंकि यह छोटा है)। ओपी के मामले के लिए, यह बिल्कुल आवश्यक है और कभी वैकल्पिक नहीं है।

— ग्राहम

@ Blup1980 निष्पक्ष रूप से, यह संभव है कि संकेतों को बेवकूफी से 100 हर्ट्ज पर 20 हर्ट्ज एलपी फिल्टर के साथ जगह पर नमूना लिया गया था। लेकिन सामान्य मामले को संभालने पर जहां आपके इनपुट तरंगों की आवृत्ति सीमित नहीं होती है, आपको कम आवृत्ति पर फिर से शुरू करने से पहले अपने डेटा को कम पास करने की आवश्यकता होती है। en.wikipedia.org/wiki/Sample-rate_conversion मैग्नेटोमीटर (यानी स्मार्ट फोन पर कम्पास) के मामले में आप यह मान सकते हैं कि 20 हर्ट्ज से ऊपर की सभी आवृत्तियों पर बहुत शोर होता है।

— मार्क लाकटा

Answer 4

ऐसे कई मामले हैं जहां विभिन्न तेजी (सिग्नल की तुलना में) शोर स्रोत रीडिंग को प्रभावित कर सकते हैं। एक अन्य उदाहरण एक धीमी गति से चित्रण लेने वाला फोटोडायोड है। यह आसानी से जहाँ आप हैं के आधार पर वैरियस आम प्रकाश स्रोतों के 50/60/100 / 120Hz झिलमिलाहट को आसानी से उठा सकते हैं, और शायद उच्च-आवृत्ति वाले एलईडी / फ्लोरोसेंट प्रकाश झिलमिलाहट को भी उठाएंगे।

कुछ मामलों में आप इनपुट पर एक कम-पास फ़िल्टर का उपयोग करने में सक्षम हो सकते हैं, लेकिन सॉफ़्टवेयर में फ़िल्टरिंग को अनुकूलित करना अक्सर सरल होता है (जैसे कि बस कुछ नमूनों की औसतन और कुछ संख्या n , जहां n उपयोगकर्ता-विन्यास योग्य है)।

नमूना दर को कम करना (आवश्यक रूप से) (रैखिक रूप से) बसने के समय में वृद्धि नहीं करता है, इसलिए आप अनिवार्य रूप से इनपुट सिग्नल को स्नैपशॉट कर रहे हैं। वास्तव में उदाहरण के लिए, MCP3002 में , निपटाने का समय एसपीआई घड़ी की गति पर आधारित होता है, जो अन्य कारणों के लिए निर्धारित किया जा सकता है और नमूना दर पर बिल्कुल नहीं (जो समझ में आता है: डिवाइस को नमूना दर के बारे में पता नहीं है; सिर्फ यह तथ्य कि इसे नमूना करने के लिए कहा जा रहा है, लेकिन डेटा शीट के आंकड़े नमूना दर से घड़ी की गति का उपयोग करते हैं)। यदि डिवाइस का प्रदर्शन घड़ी की गति से निर्धारित होता है, और न्यूनतम घड़ी की गति प्रदर्शन की तुलना में अधिक होती है, तो आप तेजी से पढ़ सकते हैं, और औसत सस्ता है।

Comments

बहुत अच्छा बिंदु, नमूना आवृत्ति का विकल्प कुछ असंबंधित डिजाइन की पसंद का एक गुण हो सकता है।

— कालपीएमपी

Answer 5

एसएआर एडीसी के साथ ओवर सैंपलिंग से अलियासिंग फिल्टर और क्षणिक प्रतिक्रिया को कम किया जाता है, जबकि औसतन डिकमीशन से सॉफ्टवेयर में रूट एन सैंपल द्वारा शोर कम हो जाता है। यदि एक एकीकृत IDC AD उपलब्ध था, तो इसे एक चरण में किया जा सकता है।