Синфазные и противофазные полезные сигналы и помехи

[Solaris86]

Добрый день! Мне нужно для себя понять следующие понятия:
1. Синфазный полезный сигнал
2. Синфазная помеха
3. Противофазный полезный сигнал
4. Противофазная помеха
Из доступной информации нашёл пару сайтов только.
Вот один из них https://www.lcard.ru/lexicon/co_anti_phase_signal
С сайта на сайт кочует одна и та же картинка, с которой я не могу разобраться (не понимаю, что её авторы имею в виду)

Текст для картинки такой:
При описании распространения сигнала или помехи в электропроводной среде часто употребляются термины синфазный (СФ) и противофазный (ПФ). Эти термины употребляются тогда, когда в рассматриваемой системе есть две точки (два полюса) приложения сигнала (помехи): условно X и Y, как показано на рисунке. СФ сигнал действует с одной и той же фазой на точки X и Y приложения сигнала относительно условного нуля или некой третьей опорной или общей точки. ПФ сигнал действует с противоположной фазой (противоположным знаком) на точки X и Y приложения сигнала относительно внешней среды. Поэтому, противофазный сигнал также часто называют дифференциальным, подразумевая его "разностную" сущность.
При рассмотрении напряжений в рассматриваемых точках электропроводной среды помеха приложена синфазно, а полезный сигнал – противофазно, как это бывает в случае дифференциальных или симметричных цепей.
Некоторые функциональные узлы электрических схем (например дифференциальный приёмник сигнала, трансформатор, схемы гальваноразвязки на разных физических принципах) могут подавлять синфазный сигнал, а пропускать противофазный. В противоположность этому: линейные мостовые балансные схемы способны значительно скомпенсировать противофазный сигнал по отношению к синфазному.
Ярким примером раздельной аналоговой обработки синфазной и противофазной составляющих сигнала является стандартная схема гальваноразвязки Ethernet, в которой прослеживаются разные пути распространения СФ и ПФ сигналов.
При анализе дифференциальных электрических цепей обычно рассматривают две эквивалентные электрические схемы: для СФ и ПФ сигналов раздельно, подразумевая линейное разложение сигнала на эти две составляющие ($0,5\cdot(X + Y)$ и $X-Y$, соответственно, если X и Y – это фазные напряжения, как показано на рисунке выше). Как следствие этого анализа, в частности, возникает необходимость описания электрических свойств дифференциального входа или дифференциального выхода для СФ и ПФ сигналов отдельно: диапазона, входного или выходного сопротивления, характеристик пропускания или подавления на определённых частотах и т.д. С этой точки зрения, мгновенные значения СФ и ПФ сигналов дифференциальной или симметричной цепей можно рассматривать как две координаты при описании мгновенного состояния физического сигнала в двумерном пространстве.

[Dmitriy40]

Верхний левый красный график неправильный, он должен быть вдвое больше амплитуды, такой же как правый нижний (не знаю кто и зачем нормирует лишь один из сигналов, это лишнее затуманивание).
Отличие сигнала от помехи вопрос чисто соглашения, что считать сигналом, а что помехой.
Верхние два красных графика - сложение входных сигналов, т.е. реакция на синфазную составляющую (СФ). Нижние два - вычитание входных сигналов, т.е. реакция на противофазную составляющую (ПФ).
Диагональная симметрия красных вариантов говорит о противоположности сигнала и помехи (если сигнал синфазный, то помеха противофазная и наоборот).
Не всегда полезный сигнал противофазный, а помеха синфазная и применяют дифф.усилитель (который усиливает противофазную составляющую, ПФ), бывает и синфазный сигнал, например два датчика температуры одного объекта, тогда (усреднённая) сумма их сигналов это температура объекта (полезный сигнал), а разность сигналов это флуктуация/шум (помеха).
В чём собственно вопрос?

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1534071 писал(а):

Верхний левый красный график неправильный, он должен быть вдвое больше амплитуды, такой же как правый нижний (не знаю кто и зачем нормирует лишь один из сигналов, это лишнее затуманивание).

В принципе, картинка соответствует тексту:

Solaris86 в сообщении #1534057 писал(а):

подразумевая линейное разложение сигнала на эти две составляющие ($0,5\cdot(X + Y)$ и $X-Y$, соответственно,

С тем, что нормировка лишь одного сигнала - это лишнее затуманивание, согласен.

-- 06.10.2021, 07:52 --

Dmitriy40 в сообщении #1534071 писал(а):

Не всегда полезный сигнал противофазный, а помеха синфазная и применяют дифф.усилитель (который усиливает противофазную составляющую, ПФ), бывает и синфазный сигнал, например два датчика температуры одного объекта, тогда (усреднённая) сумма их сигналов это температура объекта (полезный сигнал), а разность сигналов это флуктуация/шум (помеха).

Формально Вы правы. Но если уж делается линия для дифференциальной передачи сигнала, то полезный сигнал противофазный, а помеха может быть как синфазная (чтобы её задавить и делается дифференциальная линия), так и противофазная (с ней борются другими методами, например, используя витую пару вместо плоской линии).
В Вашем примере, скорее две однофазные линии передачи. Кстати, никто не мешает снимать показания каждого датчика по дифференциальной линии.

[EUgeneUS]

Solaris86
И ещё немного дополню.

Вот этот текст может сбивать и путать:

Solaris86 в сообщении #1534057 писал(а):

Эти термины употребляются тогда, когда в рассматриваемой системе есть две точки (два полюса) приложения сигнала (помехи): условно X и Y, как показано на рисунке.

Вообще-то, должно быть не две, а три точки.
Если сигнал передаётся напряжением:
Напряжение - разница потенциалов между двумя точками.
Синие графики - это напряжение, то есть разница потенциалов. Но между какими двумя точками? Между сигнальным проводом, "фазой" и неким общим проводом, или "землей", или даже Землей.
Зная разницы напряжений между фазовыми проводами и общим проводом ($X$, $Y$), мы легко найдем разницу потенциалов (напряжение) между сигнальными проводами - $X-Y$ (или $Y-X$ - в зависимости от того, от какого провода отсчитываем напряжение), это и будет противофазным сигналом.
Вообще, говоря, $X+Y$ мы можем назвать синфазным сигналом. Но вот только суммарное напряжение у нас нигде не возникает, его нельзя измерить.
Видимо, поэтому в данной статье, синфазным сигналом предлагается называть среднее: $(X+Y)/2$.
Для этого есть мотивация: если противофазного сигнала нет ($X-Y = 0$), то $X=Y$, и синфазная часть сигнала - это просто напряжение, измеренное на любом из сигнальных проводов.

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1534095 писал(а):

В Вашем примере, скорее две однофазные линии передачи.

В моём примере с датчиками температур вообще нет линий передачи, просто два провода и разумеется общая точка (обычно называемая "земля" и не упоминаемая, относительно которой всё и измеряется). Конечно эти проводники тоже можно называть линиями передачи, но они не рассматриваются как источник помех так как это был пример не на линии передачи и возникающие в них помехи, а на синфазные сигналы.

(О количестве проводов)

Для двух (и более) источников сигналов можно обойтись и всего двумя проводами, без земли: включаем каждый источник либо в прямой (СФ) либо в обратной (ПФ) полярности, все последовательно, и по двум проводам получаем что хотели. Так что ни три провода, ни тем более отдельные дифф.линии (а они бывают ещё и с заземлением, иногда и двойным (экран на общую точку и земля), т.е. 3-4 провода на каждый сигнал) для каждого источника вовсе не обязательны. Тут смотря что именно рассматриваем, источники сигналов или передающие линии, и от каких именно помех защищаемся.

Solaris86
Если в примере с двумя датчиками температуры полезной информацией рассматривать не общую температуру с подавлением случайных флуктуаций каждого, а направление потока тепла, то полезным сигналом будет не сумма (нормированная) сигналов с датчиков, а их разность (со знаком), т.е. не СФ, а ПФ включение. Сигналы с самих датчиков при этом ровно те же, но вот комбинируются для получения полезного сигнала на выходе по другому.

Про нормирование, разность можно не делить пополам если она априорно считается всегда малой (не больше сигнала). Для помех это часто выполняется. Но далеко не всегда. И не всегда разность считается именно помехой, как в примере с потоком тепла. Но в общем случае делить надо, для единообразия.
Хотя вопрос нормировки сигналов к СФ или ПФ схемам включения не относится, это фактически соглашение о выборе единиц измерения (и они могут быть разными для СФ и ПФ сигналов).

[EUgeneUS]

Dmitriy40
Не хотелось бы переходить к дискуссии о терминах, но всё же.

Dmitriy40 в сообщении #1534128 писал(а):

Сигналы с самих датчиков при этом ровно те же, но вот комбинируются для получения полезного сигнала на выходе по другому.

Одно из определений, сигнал - это изменяющаяся во времени физическая величина, описываемая функцией времени. Один из параметров этой функции содержит информацию о другой физической величине. Такой параметр сигнала (функции) называют информативным, а физическую величину, которой представлен сигнал, — носителем сигнала (несущей сигнала); сигнал имеет размерность этой величины.

Если
а) параметр, несущий информацию - это мгновенное значение напряжения или тока.
б) вы комбинируете включение датчиков, но на выходе измерителя (и на входе приемника, соответственно) всего два провода (включая "общий" провод для асимметричного включения)
то сигнал у Вас один.

А комбинацией датчиков Вы меняете физическую величину, которую измеряет измеритель: это или разница температур, или среднее значение температуры в двух точках.

[Dmitriy40]

EUgeneUS
Под "комбинируются" в процитированной фразе имелось в виду суммирующий (для СФ варианта) усилитель или вычитающий (для ПФ варианта). Оба датчика в примере с температурой и потоком тепла включены стандартно, с общей точкой и сигналом с них называется напряжение на их выходе относительно общей земли. Тут у нас противоречий нет.
Про разные включения датчиков в двухпроводной линии было лишь Вам и в офтопе.