تجهیزات ضد انفجار در ATEX

در این استاندارد کد درج شده روی تجهیزات ضد انفجار شامل ۳ بخش کلی می‌شود که در تصویر زیر نشان داده شده است. شرح هر یک از این بخش ها در ادامه آمده است.

علامت اختصاری:

قسمت اول این کد عبارت است از حروف Ex که در یک شش‌ضلعی قرار داده شده‌اند. این لوگو به معنای این است که تجهیزات طبق استاندارد ATEX ساخته و تست شده‌اند.

گروه گازی:

قسمت دوم کد، مربوط به گروه‌بندی گازی می‌باشد. محیط نصب تجهیزات الکتریکی ضد انفجار از نظر نوع و میزان گازهای موجود، به دو گروه کلی تقسیم می‌شود:

• گروه I: تجهیزات الکتریکی برای معادن
• گروه II: تجهیزات الکتریکی برای سایر مناطق خطرناک یا تجهیزات روی سطح زمین

طبق ATEX تجهیزات الکتریکی گروه I به گروه‌های M1 و M2 و تجهیزات الکتریکی گروه II به گروه‌های ۱,۲,۳ تقسیم می‌شوند. شرح هر یک از این گروه‌ها در جدول زیر آمده است:

گروه گازی	شرح
I M1	تجهیزات الکتریکی برای استفاده در تاسیسات زیرزمینی و معادن که ممکن است در آن‌ها متان (گاز قابل‌احتراق معادن) و گرد و غبار زغال‌سنگ وجود داشته باشد. این تجهیزات در زمان وجود گازها و غبارات با قابلیت اشتعال، می‌توانند در حالت کار باشند. سطح حفاظت این گروه بسیار بالاست.
I M2	تجهیزات الکتریکی برای استفاده در تاسیسات زیرزمینی و معادن که ممکن است در آن‌ها متان (گاز قابل‌احتراق معادن) و گرد و غبار زغال‌سنگ وجود داشته باشد. این تجهیزات در زمان وجود گازها و غبارات با قابلیت اشتعال، باید در حالت خاموش باشند. سطح حفاظت این گروه بالاست.
II1	تجهیزات الکتریکی برای استفاده در سطح زمین. ممکن است در این محیط‌ها گاز، مه، بخار و گرد و غبار وجود داشته باشد. این تجهیزات در Zone 1, 2, 3, 20, 21, 22 می‌توانند در حالت کار باشند. سطح حفاظت این گروه بسیار بالاست.
II2	تجهیزات الکتریکی برای استفاده در سطح زمین. ممکن است در این محیط‌ها گاز، مه، بخار و گرد و غبار وجود داشته باشد. این تجهیزات در Zone 1, 2, 21, 22 می‌توانند در حالت کار باشند. سطح حفاظت این گروه بالاست.
II3	تجهیزات الکتریکی برای استفاده در سطح زمین. ممکن است در این محیط‌ها گاز، مه، بخار و گرد و غبار وجود داشته باشد. این تجهیزات در Zone 2,22 می‌توانند در حالت کار باشند. سطح حفاظت این گروه کم است.

مواد قابل اشتعال:

قسمت سوم کد، مربوط به تعیین نوع مواد قابل اشتعال موجود در محیط نصب تجهیز است. حرف G برای گازها و حرف D برای گرد و غبار استفاده می‌شود.

کدبندی تجهیزات ضد انفجار در استاندارد EN

در این استاندارد کد درج شده روی تجهیزات ضد انفجار شامل ۴ بخش کلی می‌شود که در تصویر زیر نشان داده شده است. شرح هر یک از این بخش ها در ادامه آمده است.

علامت اختصاری:

قسمت اول این کد با عبارت اختصاری EEX آغاز می‌شود. این عبارت مشخص کننده‌ی این است که تجهیزات طبق استانداردهای EN ساخته و تست شده‌اند.

نوع حفاظت سیستم:

قسمت دوم کد، برای مشخص کردن نوع حفاظت سیستم می‌باشد. تجهیزات ضد انفجار با توجه به مناطق خطرناک، سیستم‌های حفاظتی خاصی دارند. هر سیستم حفاظتی با یک یا چند حرف انگلیسی مشخص می‌شود. انواع حفاظت دستگاه‌های الکتریکی در محدوده‌ی خطر در جداول زیر، آورده شده است. جدول اول  مربوط به زمانی که است ماده‌ی قابل اشتعال موجود در منطقه گاز و جدول دوم مربوط به زمانی است که ماده‌ی قابل اشتعال گرد و غبار می‌باشد.

دسته بندی بارها در استاندارد IEC

ممکن است در یک مدار، مصرف کننده های مختلف با مشخصه های الکتریکی متفاوتی وجود داشته باشد. علاوه بر ولتاژ و اندازه ی بارها، مشخصه های الکتریکی آن ها نیز در انتخاب صحیح تجهیزات مانند کلیدها بسیار مهم است. به عنوان مثال یک بار کاملا اهمی، مشخصه های ولتاژی و جریانی متفاوتی نسبت به یک بار سلفی دارد. این تفاوت باعث بروز حالت های مختلفی در پلاتین های کلید هنگام قطع و وصل و یا کنترل بار می شود. با توجه به موارد ذکر شده، نمی توان از هر نوع کلیدی برای کنترل هر نوع باری استفاده کرد. باید قبل از تهیه ی کلید، نوع ولتاژ (ولتاژ مستقیم یا متناوب)، سطح ولتاژ، میزان جریان، و نوع بار را مشخص کنیم.

استانداردهای مختلف از جمله IEC در جهت ساده تر کردن انتخاب تجهیزات، انواع بار را دسته بندی کرده اند. دسته بندی بارها بر اساس نوع ولتاژ و مشخصه های الکتریکی بوده و در جدول زیر آورده شده است. از این اطلاعات در انتخاب تجهیزات فشار ضعیف مانند انواع کلیدهای قدرت از جمله ایزولاتور، قطع کننده ی بار، بریکرها و کنتاکتورها استفاده می شود.

این جدول چهار ستون به شرح زیر دارد:

• نوع جریان: جریان می تواند متناوب، مستقیم و یا هر دو باشد.
• دسته بندی: استاندارد IEC بارهای مختلف را دسته بندی کرده و برای هر کدام یک کد در نظر گرفته است. معمولا یک یا چند عدد از این کدها به همراه میزان ولتاژ و جریان مجاز، روی پلاک تجهیزات درج می شود. با توجه به این کد می توان مشخص کرد که کلید برای قطع و وصل چه نوع باری طراحی شده است.
• کاربرد: در این ستون مثال هایی از دسته بندی بارها آورده شده است.
• کد استاندارد: در این ستون کد استاندارد مربوط به دسته بندی ها درج شده است. ممکن است در جدول دسته بندی های تکراری وجود داشته باشد. تفاوت این دسته بندی ها در کد استاندارد و ویرایش آن ها است. به عنوان مثال کد AC12 را در نظر بگیرید. این دسته بندی دو بار در جدول آورده شده است. مرتبه ی اول با کد استاندارد ۱-۵-۶۰۹۴۷ و مرتبه ی دوم با کد ۲-۵-۶۰۹۴۷٫ تعدادی از مهم ترین کدهای استاندارد استفاده شده در جدول عبارتند از:
  • ۶۰۹۴۷-۱ قوانین اصلی
  • ۶۰۹۴۷-۲ گروه بریکرها
  • ۶۰۹۴۷-۳ گروه کلیدهای قدرت مانند سوئیچ، دیسکانکتور، سوئیچ دیسکانکتور و ..
  • ۶۰۹۴۷-۴ گروه کنتاکتورها و موتور استارترها
  • ۶۰۹۴۷-۵ گروه مدارهای فرمان و تجهیزات کلید زنی
  • ۶۰۹۴۷-۶ تجهیزات ترکیبی
  • ۶۱۰۹۵ کنتاکتورها جهت استفاده در بارهای خانگی و مشابه آن ها
  •  

استانداردهای مرجع

استانداردها مجموعه قوانینی هستند که برای یکسان‌سازی امور فنی، صنعتی، علمی و تجاری استفاده می‌شوند. به‌وسیله‌ی استانداردها ویژگی‌های لازم برای تولید یک محصول یا انجام یک خدمت، تدوین می‌شود. با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی علاوه بر تدوین استانداردهای جدید، بررسی و اصلاح استانداردهای پیشین نیز بسیار مهم است. در این بخش ابتدا مراحل تدوین یک استاندارد شرح داده شده و سپس نحوه‌ی دسترسی به آن‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

تدوین استاندارد:

موسسه‌های استاندارد بین‌المللی، دارای کمیته‌های فنی بسیاری هستند. هر یک از این کمیته‌ها وظیفه‌ی تحقیق در مورد یک موضوع خاص را بر عهده دارند. معمولا یک استاندارد از پیشنهادهای گروه‌های متخصص منشا می‌گیرد. کمیته‌های فنی موسسه‌های استانداردسازی وظیفه دارند موضوعاتی را که تدوین استاندارد در آن‌ها ضروری به نظر می‌رسد، بررسی کنند. این کمیته‌ها دربرگیرنده‌ی اعضای فعال (اعضای گروه P: Participate) و ناظر (اعضای گروه O: Observer) از کشورهای مختلف هستند.

پس از موافقت اعضای سازمان با موضوع پیشنهادی، مدارک علمی و فنی مربوطه تهیه و بین اعضا توزیع می‌گردد. این مدارک پس از انجام اصلاحات لازم به‌صورت پیش‌نویس استاندارد بین‌المللی (DRAFT INTERNATIONAL STANDARD) درمی‌آیند. پیش‌نویس در واقع تعریفی از کاربرد استاندارد در آینده است. پیش‌نویس‌های مذکور برای بررسی و اعمال نظر نهایی برای اعضا فرستاده می‌شود. پس از انجام آخرین اصلاحات و تصویب نهایی، پیش‌نویس‌ها به‌صورت استانداردهای بین‌المللی منتشر می‌شوند. در مراحل مختلف تدوین، جلسه‌هایی برای بحث و تبادل نظر حضوری اعضا برگزار می‌شود. این جلسات در کشورهای عضو این نهادها تشکیل شده و اعضای فعال، نمایندگان خود را به این جلسات اعزام میکنند. به‌ صورت کلی برای تدوین یک استاندارد، این مراحل انجام می شود:

1. احساس نیاز به استاندارد
2. تهیه‌ی پیش‌نویس
3. بررسی پیش‌نویس و ویرایش آن
4. تبدیل پیش‌نویس به قانون
5. فروش و انتشار استاندارد

سازمان‌های استاندارد هر کشور نیز با توجه به مقررات ملی، استانداردها را تدوین، ویرایش و منتشر می‌کنند؛ بنابراین افرادی که قصد تولید تجهیزات الکتریکی و یا طراحی، نصب و بهره‌برداری از آن‌ها را داشته باشند می‌توانند با مراجعه به سازمان‌های مربوطه، لیست استانداردهای ملی را دریافت کنند. به‌عنوان‌مثال اقدامات لازم برای احداث شبکه‌های هوایی، زمینی، طراحی و مونتاژ تابلو برق‌ها و … در قالب استاندارد در اختیار شرکت‌های مجری قرار می‌گیرد.

برای اطلاع از روش تهیه و به کار بستن استانداردها می‌توان به وب‌سایت موسسه‌های ملی یا بین‌المللی مراجعه کرد. در جدول زیر، آدرس چند وب‌سایت معتبر آورده شده است:

استاندارد	آدرس وب‌سایت
ISO	www.iso.org
IEC	www.iec.ch
IEEE	www.ieeexplore.ieee.org
CE	www.cemarking.net
ANSI	www.ansi.org
UL	www.ulstandards.ul.com
DIN	www.din.de
VDE	www.vde.com
CSA	www.csagroup.org
ISIRI	www.isiri.org

لازم به ذکر است که مهندسان و افراد فعال در زمینه‌ی برق ساختمان می‌توانند به استانداردهای تدوین‌شده‌ی سازمان نظام‌مهندسی رجوع کنند. این استانداردها در قالب مبحث‌های مختلف منتشر شده است. در ایران مجلات معتبری نیز به چاپ رسیده است که از جمله‌ی آن‌ها نشریه‌ی ۱۱۰ می‌باشد. این نشریه در دو جلد منتشر و شامل استانداردها و مشخصات تاسیسات الکتریکی می‌باشد. جلد اول این نشریه به تاسیسات برقی فشار ضعیف و فشار متوسط و جلد دو به سیستم‌های جریان ضعیف می‌پردازد.

علائم استاندارد:

روی تجهیزات ممکن است یک یا چند علامت استاندارد درج شده باشد. وجود این علائم به معنی مورد تائید بودن روش تولید و تست های انجام شده از نظر استانداردهای منطقه ای یا جهانی می باشد. در این قسمت تعدادی از مهم ترین استانداردها در تجهیزات الکتریکی بررسی شده است.

استاندارد بین‌المللی ISO:

موسسه‌ی بین‌المللی استاندارد یا ISO (اختصار عبارت International standard association)، یک فدراسیون بین‌المللی متشکل از نهادهای ملی استاندارد است که وظیفه‌ی آن توسعه‌ی استانداردسازی و فعالیت‌های مربوط به آن در دنیاست. این سازمان در حال حاضر دارای ۱۳۲ عضو، شامل ۹۰ عضو اصلی، ۳۴ عضو مکاتبه‌ای و ۸ عضو مشترک می باشد که موسسه‌ی استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران از جمله اعضای اصلی آن بوده و با فعالیت در کمیته‌های فنی ایزو، در تدوین استانداردهای بین‌المللی مشارکت دارد.

درجه‌ی حفاظت در برابر نفوذ جسم جامد و مایعات یا IP

تجهیزات الکتریکی در شرایط محیطی مختلف نصب می‌شوند. هر محیط می‌تواند خصوصیات متفاوتی از نظر نفوذ جسم جامد و مایعات به داخل تجهیزات داشته باشد. برای مشخص کردن محل نصب و بهره‌برداری ایمن از تجهیزات، از یک کد استفاده می‌شود. این کد حفاظتی با عبارت (IP (ingress protection آغاز می‌شود که شامل دو عدد و تعدادی حروف اختیاری است. کلاس حفاظتی یا کد IP مبحثی از استاندارد IEC می‌باشد که بر اساس آن محفظه‌ی تجهیزات از نظر نفوذ عوامل خارجی دسته‌بندی می‌شوند.

به عبارت ساده‌تر می‌توان گفت کلاس IP مشخص‌کننده‌ی این موضوع است که تا چه حد می‌توان بدون در نظر گرفتن امنیت اضافی، به مقاومت دستگاه در برابر نفوذ اجسام جامد و مایع اطمینان کرد. در تصویر زیر ساختار کد IP را مشاهده می‌کنید.

لطفا برای قرائت کد حفاظتی این نکات را در نظر بگیرید:

• ممکن است در کد IP، بعد از دو رقم اول، تعدادی حرف آورده شود. این حروف اختیاری بوده و شامل حروف اضافی و حروف مکمل می‌شوند.
• درصورتی‌که بیش از یک حرف مکمل در کد IP استفاده شود، این حروف باید طبق حروف الفبا مرتب شوند.
• قرار دادن حرف X به‌جای رقم اول و دوم، به معنی مهم نبودن این حفاظت در تجهیز مورد نظر است. این کار هنگامی انجام می‌شود که از حروف در بیان کد استفاده شده باشد. به‌عنوان‌مثال IPXXB به معنی حفاظت تجهیز در برابر تماس با انگشت دست است.

طبق جدول زیر، رقم اول بعد از عبارت IP بین ۰ تا ۶ بوده و نشان‌دهنده‌ی میزان حفاظت بدنه‌ی تجهیز در برابر تماس قسمتی از بدن انسان و نفوذ یا اجسام جامد خارجی است.

رقم اول	درجه‌ی حفاظت
۰	بدون حفاظت
۱	حفاظت شده در برابر اجسام جامد خارجی با قطر ۵۰ میلی‌متر یا بیشتر
۲	حفاظت شده در برابر اجسام جامد خارجی با قطر ۱۲٫۵ میلی‌متر یا بیشتر
۳	حفاظت شده در برابر اجسام جامد خارجی با قطر ۲٫۵ میلی‌متر یا بیشتر
۴	حفاظت شده در برابر اجسام جامد خارجی با قطر ۱ میلی‌متر یا بیشتر
۵	حفاظت شده در برابر نفوذ گرد و غبار
۶	حفاظت کامل در برابر نفوذ گرد و غبار (ضد گرد و غبار)

طبق جدول زیر، رقم دوم بعد از عبارت IP بین ۰ تا ۸ بوده و نشان‌دهنده‌ی میزان حفاظت بدنه‌ی تجهیز در برابر نفوذ آب است.

رقم دوم	درجه‌ی حفاظت
۰	بدون حفاظت
۱	حفاظت شده در برابر چکیدن قطره‌های عمودی آب بر بدنه‌ی دستگاه
۲	حفاظت شده در برابر چکیدن قطره‌های عمودی آب بر بدنه‌ی دستگاه، زمانی که دستگاه تا ۱۵ درجه نسبت به افق جابه‌جا شده است.
۳	حفاظت شده در برابر پاشش آب با زاویه‌ی ۶۰ درجه بر بدنه‌ی دستگاه
۴	حفاظت شده در برابر پاشش آب از زوایای مختلف بر بدنه‌ی دستگاه
۵	حفاظت شده در برابر پاشش آب با فشار، از زوایای مختلف بر بدنه‌ی دستگاه
۶	حفاظت شده در برابر پاشش آب با فشار زیاد، از زوایای مختلف بر بدنه‌ی دستگاه
۷	حفاظت شده در برابر غرق شدن دستگاه در آب برای مدت زمان و میزان فشار استاندارد
۸	حفاظت شده در برابر غرق شدن دستگاه در آب برای مدت زمان طولانی یا استفاده‌ی دائم در زیر آب، تحت فشار مشخص

طبق جدول زیر، حرف اضافی (Additional Letter) نشان‌دهنده‌ی میزان حفاظت افراد در تماس با اجزای خطرناک تجهیزات الکتریکی است.

حرف اضافی	درجه‌ی حفاظت
A	حفاظت شده در برابر تماس با پشت دست
B	حفاظت شده در برابر تماس با انگشت دست
C	حفاظت شده در برابر تماس با ابزار
D	حفاظت شده در برابر تماس با سیم

طبق جدول زیر، حرف مکمل (Supplementary Letter) نشان‌دهنده‌ی اطلاعات تکمیلی در مورد دستگاه، شرایط و محیط تست آن است.

حرف مکمل	اهمیت
H	دستگاه، فشارقوی است.
M	در زمان تست اثرات مضر ناشی از نفوذ آب، قسمت‌های متحرک دستگاه در حرکت بوده است. (دستگاه در حال کار)
S	در زمان تست اثرات مضر ناشی از نفوذ آب، قسمت‌های متحرک دستگاه ثابت بوده است. (دستگاه خاموش)
W	دستگاه برای شرایط آب و هوایی مشخص، حفاظت اضافی دارد

درجه‌ی حفاظت در برابر برخورد اجسام سخت یا IK

تجهیزات الکتریکی نصب شده در محیط‌های مختلف صنعتی، ممکن است در معرض ضربات فیزیکی خارجی قرار بگیرند. برای مشخص کردن میزان مقاومت بدنه‌ی تجهیزات در برابر ضربات خارجی، از یک کد استفاده می‌شود. طبق جدول زیر، این کد حفاظتی با عبارت IK آغاز شده و شامل دو عدد است. IK تعریفی از استاندارد بین‌المللی IEC می‌باشد که بر اساس آن تجهیزات از نظر مقاومت در برابر ضربات مکانیکی دسته‌بندی می‌شوند. این استاندارد بیان می‌کند که تجهیز الکتریکی مورد نظر تا چه حد می‌تواند از اجزای داخلی خود در برابر ضربات فیزیکی خارجی محافظت کند. قبل از این که این کد به‌صورت مجزا تدوین شود، درجه‌ی حفاظت در برابر ضربه توسط عدد سومی در کد IP مشخص می‌شد.

کد IK

IK00

IK01

IK02

IK03

IK04

IK05

IK06

IK07

IK08

IK09

IK10

IK10+

انرژی ضربه

a

۰٫۱۵

۰٫۲

۰٫۳۵

۰٫۵

۰٫۷

۱

۲

۵

۱۰

۲۰

۴۰

انرژی ضربه بر اساس ژول بیان می‌شود.

a به معنی این است که تجهیز تحت استاندارد IK نمی‌باشد.

استانداردهای جهانی برای تست مقاومت تجهیزات در برابر ضربه شرایط خاصی را تعریف کرده‌اند. فاکتورهای اساسی در این آزمایش شامل انرژی ضربه، فاصله‌ی وزنه از بدنه‌ی تجهیز، جنس و جرم وزنه می‌باشد. درج کد IK در کنار کد IP به معنی این است که تجهیز بعد از تحمل چه ضربه‌ای می‌تواند در برابر نفوذ مواد جامد خارجی و مایعات مقاومت کند. در جدول زیر شرایط تست مقاومت تجهیزات به همراه فاصله ی رها شدن و وزن جسم خارجی را مشاهده می کنید.

پردازش سیگنال در نرم افزار متلب

پردازش سیگنال دیجیتال

پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) با نمایش سیگنال به وسیله توالی اعداد یا نشانه‌های پردازش چنین سیگنالی در ارتباط است. پردازش سیگنال دیجیتال (گسسته) و پردازش سیگنال پیوسته، زیرمجموعه‌هایی از پردازش سیگنال هستند. از کاربردهای عملی DSP میتوان به پردازش صوت و پردازش سیگنال صحبت، پردازش سیگنال سونار و رادار، پردازش آرایه‌های حسگر، پردازش سیگنال آماری، پردازش تصویر دیجیتال، پردازش سیگنال های مخابراتی، کنترل سیستم‌ها، پردازش سیگنال های بیولوژیک اشاره کرد.

هدف DSP، معمولاً اندازه‌گیری، فیلتر و فشرده سازی سیگنال‌های پیوسته (آنالوگ) دنیای واقعی است. اولین قدم در این راه تبدیل سیگنال از شکل آنالوگ به دیجیتال است، که به وسیله نمونه برداری توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) انجام می‌شود. وظیفه مبدل مذکور تبدیل سیگنال آنالوگ به رشته‌ای از اعداد است. اما، از آنجا که معمولاً سیگنال خروجی در سیستم مورد نظر باید به صورت یک سیگنال آنالوگ باشد، در آخرین گام پردازش، به یک مبدل دیجیتال به آنالوگ نیاز خواهیم داشت. حتی اگر این پردازش از پردازش آنالوگ بسیار پیچیده‌تر باشد، کاربرد قدرت محاسباتی در پردازش سیگنال دیجیتال، مزایای بسیاری را نسبت به پردازش آنالوگ در زمینه‌های مختلف به ارمغان می‌آورد؛تشخیص و تصحیح خطا در انتقال و همچنین فشرده‌سازی داده مثال هایی از برتری استفاده از روش های پردازش سیگنال گسسته هستند.^[۱]

الگوریتم‌های DSP مدت زیادی است که در کامپیوترهای استاندارد همه منظوره، یا بر روی پردازش‌گرهای معروف به پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSP) یا با استفاده از سخت‌افزارهای خاص مثل مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) اجرا می‌شوند. امروزه تکنولوژی‌های دیگری نیز برای پردازش سیگنال دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل میکروپروسسورهای چندمنظوره قدرتمند، اف‌پی‌جی‌ای (FPGA)، کنترل‌کننده سیگنال دیجیتال (بیشتر برای کاربردهای صنعتی مثل کنترل موتور) هستند.^[۲]

محتویات

• ۱ حوزه‌های DSP
• ۲ نمونه‌برداری از سیگنال
• ۳ مفهوم حوزه‌ی زمان و فرکانس
• ۴ تحلیل در حوزه
• ۵ کاربردها
• ۶ پیاده‌سازی
• ۷ تکنیک‌ها
• ۸ زمینه‌های مشابه
• ۹ منابع
• ۱۰ پیوند به بیرون

حوزه‌های DSP

در DSP، مهندسین معمولاً به مطالعه سیگنال دیجیتال در یکی از حوزه ها زیر می‌پردازند: حوزه زمان (سیگنال‌های یک بعدی)، حوزه فضایی (سیگنال‌های چندبعدی)، حوزه فرکانس، حوزه خودهمبستگی، و حوزه موجک. برای پردازش این سیگنال ها، حوزه‌ای انتخاب میشود که در آن بتوان خصوصیات اصلی سیگنال را به بهترین شکل نمایش داد و با استفاده از اطلاعات حاضر، به بهترین صورت، سیگنال را پردازش کرد. توالی نمونه‌هایی که از اندازه‌گیری خروجی یک وسیله به دست می‌آید یک نمایش در حوزه زمان یا حوزه فضا را تشکیل می‌دهد، در حالی که تبدیل فوریه گسسته‌زمان، اطلاعات را در حوزه فرکانس تولید می‌کند (همان طیف فرکانسی). همبستگی خودکار را همبستگی متقابل سیگنال با خودش بر روی فاصله‌های متغیر زمان یا فضا تعریف می‌کنند.

نمونه‌برداری از سیگنال

نوشتار اصلی: نمونه‌برداری (پردازش سیگنال)

با گسترش استفاده از رایانه، نیاز و استفاده از پردازش سیگنال دیجیتال نیز گسترش یافته‌است. برای استفاده از سیگنال آنالوگ در یک رایانه، ابتدا باید سیگنال توسط مبدیل دیجیتال دیجیتال شود.

نمونه‌برداری معمولاً در دو مرحله انجام می‌شود : گسسته‌سازی و مدرج کردن. در مرحله گسسته‌سازی، فضای سیگنال (فضایی که سیگنال در آن وجود دارد) به کلاس‌هاس هم‌ارز افراز می‌شود و مدرج کردن نیز با جایگزینی سیگنال اصلی با سیگنال متناظر در کلاس‌های هم‌ارز انجام می‌پذیرد.

در مرحله مدرج کردن، مقادیر سیگنال نماینده (به انگلیسی: Representative Signal) توسط مقادیر زیر مجموعه یک مجموعه متناهی تقریب زده می‌شوند.

قضیه نمونه‌برداری نایکوئیست-شنون بیان می‌کند که سیگنال را می‌توان از روی سیگنال نمونه‌برداری شده به طور دقیق بازسازی کرد، اگر فرکانس نمونه‌برداری بزرگتر از دو برابر بالاترین مؤلفه فرکانسی سیگنال باشد. در عمل، غالباً فرکانس نمونه‌برداری را بزرگتر از دو برابر پهنای باند لازم در نظر می‌گیرند.

یک مبدل دیجیتال به آنالوگ به منظور تبدیل معکوس سیگنال به حالت آنالوگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از یک کامپیوتر دیجیتال مقوله کلیدی در سیستم‌های کنترل دیجیتال است.

مفهوم حوزه‌ی زمان و فرکانس

نوشتار اصلی: حوزه زمان

متداول ترین تکنیک پردازش سیگنال در حوزه ی زمان و فضا (مکان)، بهسازی (بهبود) سیگنال از طریق فیلترینگ است. فیلترینگ دیجیتال عبارت از اعمال تبدیل های خطی بر نمونه هایی از سیگنال است که در همسایگی نمونه ی فعلی در سیگنال ورودی یا خروجی واقع شده اند. به روش های مختلفی میتوان این فیلترها را دسته بندی نمود:

• "فیلتر خطی": یک تبدیل خطی است که بر روی نمونه های ورودی اعمال میشود؛ سایر فیلترها "غیرخطی" هستند. فیلترهای خطی از قاعده ی جمع آثار پیروی میکنند؛ به این معنی که اگر یک سیگنال ورودی، ترکیب وزنداری از سیگنال های مختلف باشد، سیگنال خروجی از ترکیب خطی خروجی های همان سیگنال ها، با وزنهای مشابه ورودی، حاصل میشود.
• "فیلتر علی": فیلتر علی فقط از نمونه های قبلی در سیگنال های ورودی و خروجی استفاده میکند. اما، در فیلترهای "غیرعلی"، نمونه های آینده ی ورودی نیز به کار گرفته می شوند. با اضافه کردن تأخیر به یک فیلتر غیرعلی میتوان آنرا به یک فیلتر علی تبدیل نمود.
• "فیلتر غیر متغیر با زمان": ویژگی های این فیلتر با زمان تغییر نمیکند. اما، فیلترهایی مانند فیلتر تطبیقی، با زمان تغییر میکنند.
• "فیلتر پایدار": خروجی یک فیلتر پایدار با گذشت زمان به یک مقدار ثابت همگرا میشود یا در محدوده ی متناهی باقی می ماند. اما، یک فیلتر "ناپایدار" در پاسخ به یک ورودی محدود (متناهی) یا حتی صفر، ممکن است منجر به تولید خروجی هایی نامتنهای شود.
• "فیلتر با پاسخ ضربه ی محدود (FIR)": این فیلتر فقط از نمونه های سیگنال ورودی استفاده میکند، اما، فیلتر با پاسخ ضربه ی نامحدود (IIR) علاوه بر نمونه های ورودی، از نمونه های گذشته ی خروجی نیز استفاده میکند. فیلترهای FIR همواره پایدار هستند، اما، فیلترهای IIR ممکن است ناپایدار شوند.

فیلترها را میتوان به روشهای مختلفی بازنمایی کرد: 1- با استفاده از دیاگرام بلوکی برای نشان دادن مراحل مختلف الگوریتم به منظور ایجاد یک دستورالعمل برای پیاده سازی سخت افزاری فیلتر. 2- با توصیف فیلتر با استفاده از معادلات تفاضلی یا به کمک مجموعه ی قطب ها و صفرهای سیستم. برای فیلترهای FIR، میتوان از پاسخ های ضربه یا پله نیز برای توصیف فیلتر استفاده کرد.

خروجی یک فیلتر دیجیتال خطی به یک ورودی خاص، از کانولوشن سیگنال ورودی با پاسخ ضربه ی فیلتر، حاصل میشود.

با استفاده از تبدیل فوریه میتوان سیگنال ها را از حوزه ی زمان (مکان) به حوزه ی فرکانس منتقل نمود. تبدیل فوریه، اطلاعات سیگنال را به دامنه (اندازه) و فاز مؤلفه های فرکانسی موجود در سیگنال، تبدیل میکند. در عمل، اغلب، از تبدیل برای فوریه برای محاسبه ی طیف توان سیگنال استفاده میشود که مربع دامنه ی (اندازه) هر مؤلفه ی فرکانسی است.

با انتقال سیگنال از حوزه ی زمان به حوزه ی فرکانس، میتوان شدت و ضعف مؤلفه های فرکانسی موجود در سیگنال را شناسایی و ارزیابی کرد. در حوزه ی فرکانس، علاوه بر دامنه ی مؤلفه های فرکانسی، فاز آنها و نیز چگونگی تغییر فاز با تغییر فرکانس، میتواند حاوی اطلاعات مهمی باشد.

فیلترینگ سیگنال، به ویژه در کابردهای غیر زمان واقعی (non- real time)،میتواند با انتقال سیگنال به حوزه ی فرکانس و اعمال یک فیلتر مناسب بر آن و سپس برگرداندن سیگنال حاصل به حوزه ی زمان انجام شود. این عملیات، سریع بوده (زمان اجرا متناسب است با (n log n) ) و می توان فیلتر را با تقریب خوبی به شکلهای مختلف طراحی نمود.

در حوزه ی فرکانس، تبدیل های متداولی وجود دارند که از میان آنها میتوان به cepstrum اشاره نمود. در این تبدیل، ابتدا با استفاده از تبدیل فوریه، سیگنال، به حوزه ی فرکانس منتقل میشود و سپس لگاریتم آن محاسبه میگردد. در نهایت، با اعمال تبدیل معکوس فوریه، سیگنال حاصل به حوزه ی زمان بازگردانده میشود. این عملیات، ساختار هارمونیکی طیف اصلی را نشان میدهد.

تحلیل حوزه ی فرکانس با عنوان تحلیل طیف نیز شناخته میشود.

بسط فوریه و مفهوم حوزه زمان (منحنی قرمز) و فرکانس (منحنی آبی).

تحلیل در حوزه

در حالی که فیلترهای آنالوگ معمولاً در صفحه تحلیل می‌شوند، فیلترهای دیجیتال در صفحه یا حوزه دیجیتال و با استفاده از تبدیل تحلیل می‌شوند.

بسیاری از فیلترها را می‌توان در حوزه (یک فرامجموعه از اعداد مختلط در حوزه فرکانس) توسط تابع تبدیلشان تحلیل کرد. یک فیلتر می‌تواند توسط مجموعه مشخصه‌اش شامل صفرها و قطب‌ها در حوزه تحلیل شود.

کاربردها

بیشترین کاربردهای DSP شامل پردازش سیگنال صوتی، فشرده‌سازی داده‌های صوتی، پردازش تصویر دیجیتال، فشرده‌سازی ویدیو، پردازش صدا، تشخیص صدا، ارتباط دیجیتال، رادار، سونار، زلزله‌شناسی و داروسازی است. مثال‌های خاص شامل فشرده‌سازی صحبت و انتقال در تلفن همراه، هم‌نواسازی مطابق اتاق برای صدا در کاربردهای شباهت زیاد به اصل و تقویت صدا، پیش بینی وضع هوا، پیش‌بینی اقتصادی، پردازش داده زلزله، تحلیل و کنترل روال‌های صنعتی، انیمیشن‌های تولید شده توسط رایانه در فیلم‌ها، عکس‌برداری پزشکی مثل پویش‌های CAT و MRI، فشرده‌سازی MP3، دستکاری تصویر، هم‌نواسازی و هم‌گذری بلندگوهای با کیفیت بالا، و افکت صوتی برای تقویت‌کننده (الکترونیک) گیتار برقی است.

پیاده‌سازی

پیاده سازی این بلوک، با استعانت از مدارات مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال یا همان ADCها و به هر روشی امکان پذیر اس