Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование и применение частотно-импульсных преобразователей (ЧИП) накопительного класса в информационно-измерительных системах

Диссертация: Исследование и применение частотно-импульсных преобразователей (ЧИП) накопительного класса в информационно-измерительных системах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

ЧИМ 1-го рода в измерительных ЧИП применения не нашла. Чаще всего на основе ЧИМ 1-го рода строятся элементы (узлы) систем авх/например, интегралом томатического регулирования" В измерительной технике при построении ЧИП весьма широкое распространение получила интегральная ЧИМ (ИЧИМ), как разновидность ЧИМ 2-го рода. Феноменологическая, построенная на основе физических представлений… Читать ещё >

Исследование и применение частотно-импульсных преобразователей (ЧИП) накопительного класса в информационно-измерительных системах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ВВЕДЕНИЕ.'
  • Основные научные положения, выносимые на защиту
  • Глава I. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТИПОВ ЧИП, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
  • ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЧИП. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЧИП
    • 1. 1. Феноменологическая модель измерительного канала
    • 1. 2. Уравнение интегральной частотно-импульсной модуляции. Обзор существующих типов ЧИП. Их классификация
    • 1. 3. Математическая модель интегральной частотно-импульсной модуляции
    • 1. 4. Обобщенная структурная схема ЧИП. Математическая модель ЧИП
  • Выводы
  • Глава 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ И ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА ЧИП — ВТОРИЧНЫЙ ПРИБОР
    • 2. 1. Механизм преобразования в ЧИП. Шум частотно-импульсного преобразования. Спектральный анализ шума. Шум в полосе частот модулирующего сигнала
    • 2. 2. Методическая погрешность измерительного канала при измерениях мгновенного значения, среднего значения и интеграла аналогового сигнала по времени
    • 2. 3. Механизм преобразования шума частотно-импульсного преобразования стационарным ФНЧ вторичного прибора в методическую погрешность измерительного канала
  • Выводы
  • Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА ЧИП — ВТОРИЧНЫЙ ПРИБОР
    • 3. 1. Исходные предпосылки
    • 3. 2. Механизм преобразования шума частотно-импульсного преобразования модулированным ФНЧ вторичного прибора в методическую погрешность измерительного канала
    • 3. 3. Математическая модель ИК, включающая ЧИП с импульсной обратной связью и демодуляторы с ФНЧ нескольких видов
    • 3. 4. Исследование характеристик методической погрешности измерительного канала путем моделирования на ЭШ «БЭСМ-6».Анализ результатов моделирования
  • Выводы
  • Глава 4. МЕТОДА И АППАРАТУРА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРЕШНОСТИ ЧИП
    • 4. 1. Инструментальные погрешности ЧИП и методы их экспериментального определения
    • 4. 2. Исследование переходного процесса в ЧИП
    • 4. 3. Устройство для измерения метрологических характеристик ЧИП
    • 4. 4. Экспериментальные исследования ЧИП и анализ полученных результатов
    • 4. 5. Оценка точности проведения экспериментальных исследований
  • Шводы
  • Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ЧИП
    • 5. 1. Определение погрешности систем измерения количества и расхода вещества
    • 5. 2. Определение погрешности измерительного канала магнитного регистратора с частотно-импульсной модуляцией
  • Выводы
  • Предполагаемое продолжение работы

В докладе Н. А. Тихонова ХХУ1 съезду КПСС «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981;85 годы и на период до 1990 года» указывается на необходимость увеличения объема продукции химической, нефтехимической промышленности, выработки электроэнергии. При тех гигантских объемах добычи нефти и газа, угля и других полезных ископаемых, которые характерны для экономики нашей страны, актуальной экономической задачей является правильный учет количества производимого продукта и его расхода в различных отраслях промышленности.

Не случайно поэтому в XI пятилетке «Возрастет выпуск. приборостроения. значительно расширится производство миниатюрных электронных управляющих машин как составной части основного технологического оборудования, приборов, различных систем и средств управления и контроля». При этом упор сделан на производство новых более точных и надежных средств измерения, создающих надлежащий уровень метрологического обеспечения важнейших отраслей промышленности и производства.

Особенно интенсивно развиваются измерения разнообразных неэлектрических величин электрическими методами, базирующиеся на применении первичного измерительного преобразователя неэлектрической величины в электрическую /I/ и вторичного электрического измерительного преобразователя или прибора. Среди первичных преобразователей главенствующее место занимают модуляционные преобразователи /2/, которым присущи наиболее высокие метрологические характеристики.

По виду носителя информации модуляционные преобразователи подразделяются на модуляторы с синусоидальным несущим и импульсные моделяторы.

В свою очередь по ввду модулируемого параметра модуляторы с синусоидальным несущим подразделяются на преобразователи с амплитудной (AM), фазовой (ФМ) и частотной модуляцией (ЧМ).

На основе AM строятся первичные индуктивные преобразователи, преобразователи с тензометрами /3,4/, на основе ФМ — ультразвуковые расходомеры, измерительные преобразователи перемещения, преобразователи на/?С и RL делителях /3/- на основе ЧМ — первичные преобразователи телеизмерительных систем дальнего действия /5/.

Вопросы оценки точности преобразователей с синусоидальным несущим рассмотрены в ряде фундаментальных работ /2,4/.

Импульсные модуляторы по виду модулируемого параметра подразделяются на преобразователи с амшштудно- (АИМ), фазо- (ФИМ), широтно- (ШЙМ), частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ). Указанные преобразователи имеют то преимущество перед преобразователями с синусоидальным несущим, что они позволяют осуществить временное разделение каналов /5/, в связи с чем возможно уплотнение информации в кандле передачи данных.

Вопросы оценки точности устройств, содержащих в своем составе импульсные модуляторы и демодуляторы, а также исследования по их помехоустойчивости изложены в работах /2,4,64−9/.

Среди импульсных модуляторов широкое распространение получили модуляторы с ЧИМ. Как известно /4/, системы с ЧИМ обладают более высокой помехоустройчивостью к аддитивным и флуктуационным помехам, чем системы с АИМ.

В этой связи значительный интерес представляют собой модуляторы с ЧИМ — аналого-частотные преобразователи (АЧП) или, как их еще называют, частотно-импульсные преобразователи (ЧИП), которые нашли весьма широкое распространение в информационно-измерительных системах (ИИС) и интегрирующих приборах, предназначенных для измерения мгновенных и усредненных параметров технологических процессов, количества и расхода различных продуктов производства.

Судя по литературе, они используются в технике магнитной записи (магнитографы с частотно-импульсной модуляцией) /10/- при измерении неэлектрических величин /11,12/, малых токов и напряжений /13/- при моделировании в биологии /14/- в качестве узлов цифровых вольтметров /15/. Особенно широкое распространение они получили в системах дозирования, измерения количества и расхода вещества /16/. И это не случайно.

Б ЧИП измерительная информация представляется в виде импульсных сигналов, частота следования которых модулируется измеряемой величиной, что создает им ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми преобразователями, основные из которых следующие:

— простота построения;

— сравнительно высокая точность в режиме статических измерений;

— простота преобразования в цифровую форвду, что используется при построении цифровых вольтметров с частотно-импульсным преобразованием;

— практическое отсутствие погрешности при коммутации и передаче частотно-импульсных сигналов на расстояние.

Принцип построения любого ЧИП основывается на частотно-импульсной модуляции (ЧИМ), которая, как известно /17/, может быть 1-го и 2-го рода. Указанные виды ЭДМ различаются тем, что при модуляции 1-го рода мгновенное значение модулируемого параметра (выходного сигнала) определяется мгновенными значениями модулирующей функции (входного сигнала) в моменты срабатывания импульсного элемента, в то время как при ЧИМ 2-города значение модулируемого параметра определяется функционалом от модулирующей функции на интервале времени между следующими друг за другом импульсами.

ЧИМ 1-го рода в измерительных ЧИП применения не нашла. Чаще всего на основе ЧИМ 1-го рода строятся элементы (узлы) систем авх/например, интегралом томатического регулирования" В измерительной технике при построении ЧИП весьма широкое распространение получила интегральная ЧИМ (ИЧИМ), как разновидность ЧИМ 2-го рода. Феноменологическая, построенная на основе физических представлений, и математическая модели ЧИП, в х/ основе которых лежит уравнение ИЧИМ, а также вторичного прибора ' (частотомера или демодулятора), будут рассмотрены в главе I. Здесь же необходимо отметить, что существует ряд работ, посвященных вопросам метрологических исследований ЧИП в статическом и динамическом режимах. Основные из них посвящены установлению номенклатуры нормируемых метрологических характеристик и методов их определения /2,11,18+22/.

Так, в качестве метрологических характеристик ЧИП в статическом режиме рекомендуется нормировать: статическую модуляционную характеристику преобразованиянелинейность статической характеристики преобразования /2/- погрешность от нестабильности напряжения срабатывания порогового элемента /20/- методическую погрешность (в статике), связанную с конечностью интервала времени усреднения при измерении частоты следования импульсов на выходе ЧИП /11,19/.

Среди динамических характеристик ЧИП, рекомендуемых для нормирования в нормативно-технической документации, следует назвать амплитуднои фазо-частотные характеристики /2,20,22,23/, длительность переходного процесса при скачке входного сигнала /20,21/.

Однако уровень научно-методического обеспечения ИК с ЧИП, существовавший на момент начала данной работы, не позволял осуществить корректную оценку погрешности ИК, в частности, в режиме изменяющегося входного сигнала. Это связано с тем обстоятельством, что в указанной номенклатуре метрологических характеристик отсутствует, прежде всего, методическая погрешность ИК проявляющаяся в режиме изменяющегося входного сигнала. Эта специфическая для данного класса средств измене/.

В дальнейшем, вместо словосочетания измерительный канал ЧИП-вторичный прибор будет использоваться обозначение ИК. рений погрешность вызывается наличием в частотно-модулированном сигнале ^ на выходе ЧИП) составляющих комбинационных частот шума частотно-импульсного преобразования /2,24/, в свою очередь, возникающих из-за квантования производящего процесса (фазы) при частотно-импульсном преобразовании /II/ и «просачивающихся» на выход вторичного прибора. Методическая погрешность ИК зависит от вида и параметров фильтра вторичного прибораона может принимать значения, намного превышающие значения других составляющих погрешности. Кроме того, нормирование амплитуднои фазо-частотных характеристик для большинства ЧИП вряд ли целесообразно, так как последние по каналу полезного сигнала (за исключением узкой группы преобразователейЧИП уравновешивающего преобразования) безынерционны.

Указанные недостатки в нормировании метрологических характеристш ЧИП приводят к тому, что от преобразователей зачастую ожидают таких точностных и технических характеристик, которые получить принципиально невозможно, либо, наоборот, недооценивают их потенциальных возможностей.

В качестве примера можно привести нормирование характеристик в технической документации на ЧИП ^модулятор), входящий в комплект бортовой измерительно-регистрирующей системы БИРС /25/, где записаны несопоставимые между собой технические и метрологические характеристики преобразователя:

— глубина модуляции — до 40%;

— соотношение между полосой частот модулирующего сигнала и несущей частотой — 1:5;

— нелинейность статической модуляционной характеристики — не более I %.

Следует отметить, что при указанном отношении полосы частот модулирующего сигнала к несущей и значении глубины модуляции ЧИП модулятор-демодулятор работает в зоне существенной нелинейности, х/ в которой значение методической погрешности ИК может ' превысить 10%. В связи с этим нормируемая нелинейность статической модуляционной характеристики оказывается пренебрежимо малой по сравнению с методической погрешностью ИК, которая в документации не нормируется. В качестве второго примера можно привести техническую документацию на блок модуляторов-демодуляторов БМД сейсморазведоч-ной аппаратуры «ПОИСК» /26/, в которой (при той же нелинейности статической модуляционной характеристики) отношение полосы частот модулирующего сигнала к несущей допускается не более I: 17,5. В этом случае можно ожидать обратную картину.

Естественным требованием практики является обеспечение возможности, с одной стороны, корректной оценки погрешности ИК при заданном виде и параметрах входного сигнала (в том числе и изменяющегося) — с другой — построения ИК (выбора параметров модулятора и демодулятора), исходя из минимума погрешности ИК (в том числе и построения оптимального модулированного фильтра демодулятора) .

Уровень метрологических исследований (как теоретических, так и методических) ЧИП и ИИС с ЧИП на момент начала настоящей работы не позволял решать перечисленные и многие другие задачи по анализу точности и синтезу указанных систем. Необходимо было провести, в первую очередь, ряд теоретических исследований.

Настоящая работа в своей теоретической части является естественным продолжением разработок, проведенных в /24,27,28/, где исследовались: механизм частотно-импульсного преобразования, как один из способов дискретного преобразования информации (исследовался эффект квантования фазы) /27/- статистическая оценка шума частотно-импульсного преобразования /24/- обратимость частотно-импульсного преобразования (возможность восстановления модулирующей функции по частотно-модулированной импульсной последовательности — аналог теоремы Котельникова для ЧИМ) /28/-фильтрация частотно-модулированной у.

Если не применяется оптимальный модулированный фильтр. последовательности импульсов /24/.

Перечисленные работы позволили поставить теоретические исследования, направленные на решение ряда метрологических задач. Это касается вопроса исследования методической погрешности ИК и, прежде всего, в режиме изменяющегося входного сигнала, для чего предваритель, но потребовалось проведение аналитических исследований:

— механизма частотно-импульсного преобразования на основе математической модели, построенной, в свою очередь, согласно обобщенной структурной схеме ЧИП, и уравнения интегральной частотно-импульсной модуляции;

— пума частотно-импульсного преобразования, как источника методической погрешности ИК;

— механизма преобразования шума частотно-импульсного преобразования (в процессе демодуляции и низкочастотной фильтрации) в методическую погрешность ИК.

Для выработки подхода к нормированию метрологических характеристик ИК в режиме изменяющегося входного сигнала необходимо было провести количественные исследования методической погрешности ИК (в динамическом режиме) методом моделирования ИК на ЭВМ, что, в свою очередь, предусматривало решение следующих задач:

— выделение методической погрешности ИК и установление вида входного (испытательного) сигнала, при котором среднее квадрати-ческое отклонение (с.к.о.) указанной погрешности имеет максимальное значение;

— определение области квазилинейной работы преобразователя (динамического диапазона амплитуд и полосы частот входного сигнала), в пределах которой методическая погрешность ИК не превышает заданного значения;

— установление зависимости между параметрами методической погрешности ИК, видом фильтра вторичного прибора и параметрами модуляции.

Прикладные задачи исследования ЧИП и ИК в целом, связанные с установлением номенклатуры нормируемых метрологических характеристик, методов их экспериментального определения и методики расчетной оценки погрешности ИК (в том числе и в режиме изменяющегося входного сигнала) потребовали:

— разработки методики экспериментального определения метрологических характеристик ЧИП;

— разработки программного обеспечения обработки результатов экспериментального исследования на ЭЕМ;

— разработки аппаратуры для эксперментального определения характеристик ЧИП, позволяющей вести обработку результатов эксперимента на ЭШ, а процессе проведения измерения;

— разработки методики расчетной оценки погрешности ИК. Помимо перечисленных задач по анализу точности ИИС с ЧИП, могут быть сформулированы следующие задачи:

— синтез оптимальных модулированных фильтров, минимизирующих методическую погрешность ИК;

— синтез ИК, содержащих ЧИП;

— сопоставительный анализ между частотно-импульсным и другими видами преобразования (в частности, кодо-импульсным) по значению методической погрешности ИК в полосе частот модулирующего сигнала.

Однако последние три из вышеперечисленных задач в настоящей работе решения не нашли, так как вышли за тот круг вопросов, который затрагивается в диссертации.

Резюмируя вышесказанное, можно сформулировать ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Создание научно-методических основ анализа погрешности информационно-измерительных систем с ЧИП накопительного класса и построение систем с заданным уровнем методической погрешности.

РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ. Теоретические. Выделение, анализ свойств и спектрального состава шума частотно-импульсного преобразования в ЧИПисследование механизма преобразования шума частотно-импульсного преобразования в методическую погрешность ИКисследование методической погрешности ИК.

Методические. Установление номенклатуры нормируемых метрологических характеристик измерительных систем, содержащих ЧИП (на примере интегрирующих приборов и измерительного канала магнитного регистратора с ЧИМ) — построение таблиц максимальной и среднего квад-ратического отклонения методической погрешности ИК для двух граничных по полосе прозрачности видов фильтраразработка методики определения метрологических характеристик, методики расчетной оценки погрешности измерительных систем указанных видов в режиме изменяющегося входного сигнала.

Аппаратурные. Разработка устройства для определения метрологических характеристик ЧИП (УЙМХ АЧП) предназначенного для совместной работы с ЭВМразработка блоков программ для обеспечения обработки результатов экспериментальных исследований ЧИП на ЭВМ.

МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Аналитический с привлечением математического аппарата теории обобщенных функций, теории автоматического регулирования, математической статистики и случайных процессовпутем моделирования ИК на ЭВМ.

Содержание работы изложено во введении, пяти главах, выводах, заключении и приложениях.

В первой главе проанализирована специфика появления методическое погрешности ИК как в статике, так и в динамике-сформулированы задачи теоретического исследования-приведен обзор ЧИП и показано, что значительное число видов ЧИП описывается уравнением ИЧИМ-построены обобщенная структурная схема и математическая модель ЧИП-показано, что математическая модель ЧИП может быть распространена на широкую совокупность видов ЧИП, в основе которых лежит уравнение ИЧИМ.

Во второй главе исследован механизм частотно-импульсного преобразованияпоказано, что ЧИП может быть представлен эквивалентной схемой, содержащей параллельно соединенные канал полезного сигнала с коэффициентом передачи I и канал шума частотно-импульсного преобразованияпроведено аналитическое исследование шума как источника появления методической погрешности ИК, в том числе, анализ его спектрального составапоказано, что всем трем случаям применения ЧИП в системах измерения мгновенного, среднего и интеграла аналогового сигнала по времени присуща методическая погрешность ИК, первому, кроме того, — динамическая.

В третьей главе изложены принятые при исследовании методической погрешности ИК исходные предпосылкидоказана правомерность использования в ИК измерителя частоты через примыкающие интервалы времениподтверждено, что «наихудшим» видом модулирующего сигнала в смысле максимума средне квадратического отклонения методической погрешности ИК является сигнал синусоиды с частотой, соответствующей верхней границе полосы входного сигналапроведен анализ результатов исследования методической погрешности путем моделирования ИК на ЭВМ.

В четвертой главе дан обзор работ по анализу инструментальных погрешностей ЧИП, а также причин их возникновенияизложены методики экспериментального определения метрологических характеристик ЧИП, входящих в состав устройства измерения количества и расхода вещества, а также устройства измерения мгновенного значения входной величиныпроведено аналитическое исследование переходного процесса в ЧИПописано устройство для измерения метрологических характеристик ЧИП (УИМХ АЧП) — приведены результаты экспериментальных исследований серийно выпускаемых устройств, содержащих в своем составе ЧИПпроведен анализ результатов экспериментальных исследований метрологических характеристик ЧИПдана оценка точности проведения экспериментальных исследований.

В пятой главе даны методики определения погрешности систем измерения количества и расхода вещества, измерительного канала магнитного регистратора, содержащего ЧИП.

В приложениях содержатся описания программ моделирования ИК на ЭЕМ «БЭСМ-б» и обработки экспериментальных данных на ЭЕМ «Мир-2» — методика определения метрологических характеристик измерительного канала магнитного регистратора с ЧИП типа «БИРС» .

В работе в качестве научного консультанта по вопросам теории частотно-импульсной модуляции принял участие к.т.н., доцент МИРЭА Г. К. Чигарьков.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Идеализированный ЧИП может быть представлен эквивалентной схемой, содержащей параллельно соединенные канал полезного сигнала с коэффициентом передачи I и канал шума частотно-импульсного преобразования, являющегося источником появления методической погрешности ИК с ЧИП.

2. Измеритель частоты через примыкающие интервалы времени представляет собой модулированный фильтр, полоса прозрачности которого перестраивается модулирующим сигналом. В реально возможных режимах работы измерительного канала последний может рассматриваться как квазистационарный ФНЧ, в связи с чем на его выходе практически отсутствуют искажения, свойственные нестационарным модулированным фильтрам, и его применение в составе измерительного канала допустимо.

3. Среднее квадратическое отклонение методической погрешности ИК достигает максимального значения при синусоидальном входном (испытательном) сигнале, частота которого соответствует верхней границе полосы указанного сигнала.

4. Полученные путем моделирования ИК с ЧИП на ЭВМ числовые значения (таблицы) характеристик методической погрешности ИК позволяют по заданному допустимому уровню указанной погрешности устанавливать допустимые динамический диапазон амплитуд и полосу частот входного сигнала ЧИП.

Более точная оценка погрешности измерительного канала может быть сделана в том случае, если взамен Щрд использовать величину Wpg «полученную также как и ]/[/рм и Wpr путем моделирования на ЭВМ работы идеального измерительного канала ЧИМ + фильтр нижней частоты (в частности, ФНЧ Баттерворта П порядка). Использование вместо Wp^ величины Wpr позволит дать оценку погрешности измерительного канала снизу. ВЫВОДЫ.

1. Выделение методической составляющей погрешности ИК позволяет сравнительно просто и корректно оценивать погрешность систем различного назначения, имеющих в своем составе ЧИП.

2. Предложенная в настоящей главе методика позволяет оценивать погрешность систем измерения мгновенного значения аналоговой величины и интеграла от входного сигнала по времени в режиме изменяющегося входного сигнала.

— 163.

ПРЕДПОЛАГАЕМ ОЕ ПРОДОЛЖЕНИЕ РАБОТЫ.

1. Разработка методов синтеза оптимальных модулированных фильтров, минимизирующих методическую погрешность ИК. Это, в свою очередь, позволит расширить зону квазилинейности ИК.

2. Разработка методов синтеза измерительных систем с ЧИП, в частности, измерительного канала магнитного регистратора с ЧИМ.

3. Проведение сопоставительного анализа по точности и полосе модулирующего сигнала между частотно-импульсным преобразованием и другими видами преобразования, в частности, кодо-импульсным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Полученные в работе результаты могут быть сформулированы следующим образом.

1. Показано, что широкий класс преобразователей — ЧИП накопительного класса — описывается уравнением ИЧИМ. Адекватность математической модели ИЧИМ, построенной на основе уравнения ИЧИМ и принципа локальной периодичности Л. И. Мандельштама, математической модели ЧИП, построенной, в свою очередь, на основе структурной схемы реально существующего ЧИП, позволяет распространить последнюю на широкую совокупность ЧИП накопительного класса, в основе которых лежит уравнение ИЧИМ. Это обстоятельство дает возможность анализировать механизм преобразования каждого из указанных преобразователей с помощью математической модели ЧИП.

2. Показано, что идеализированный ЧИП можно представить эквивалентной схемой, содержащей канал полезного сигнала с коэффициентом передачи I и канал шума частотно-импульсного преобразования, который, в свою очередь, является источником появления методической погрешности Ж.

3. Показано, что всем трем случаям применения ЧИП в Ж при измерении мгновенного значения, среднего значения и интеграла аналогового сигнала по времени присуща методической погрешности Ж, первому случаю, кроме того, — динамическая составляющая погрешности Ж. Причиной возникновения методической погрешности Ж является частичное прохождение шума частотно-импульсного преобразования на выход фильтра вторичного прибора, причиной возникновения динамической составляющей погрешности — частичное сглаживание информативной (полезной) составляющей выходного сигнала в фильтре вторичного прибора.

4. Показано, что для исследования области предельно возможных значений методической погрешности ИК целесообразно в качестве вторичного прибора использовать прибор с модулированным фильтромизмеритель частоты через примыкающие интервалы времени, а также преобразователь, выделяющий из выходного сигнала ЧИП сигнал модулирующей частоты.

5. По результатам моделирования ИК на ЭШ построены таблицы максимальной и среднего квадратического отклонения методической погрешности ИК для двух граничных по полосе прозрачности видов ФНЧ, указанных в п. 4. Таблицы позволяют по заданному уровню методической погрешности устанавливать допустимые динамический диапазон амплитуд и полосу частот входного сигнала ЧИП.

6. Разработано при участии автора устройство для измерения метрологических характеристик ЧИП (УИМХ АЧП), позволяющее проводить исследования характеристик ЧИП как в статике, так и в режиме изменяющегося входного сигнала. Указанное устройство внедрено в НПО.

7. Предложена методика определения метрологических характеристик измерительного канала магнитного регистратора с ЧИМ типа «БИРС». Указанная методика внедрена в НПО.

8. Предложена методика института (ВНИИМС)по определению погрешности элементарной дозы интегрирующих приборов, построенных на основе преобразователей тока и напряжения в число импульсов (МИ 214−80). Указанная методика внедрена на Таллинском ПО «Промприбор» при поверке интеграторов типа C-IM (C-IAM), во ВНИИКАНЕФТЕГАЗ г. Москва, во ШИИГИДРОУГОЛЬ г. Новокузнецк Кемеровской обл.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Д.И., Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н. Датчики контроля и резтулирования. — М.: Машиностроение, 1965. — 927 с.
  2. В.Ю., Купершмидт Я. А., Сыропятова Р. Я., Харчен-ко P.P. Электрические измерительные преобразователи. M.-JI.:
  3. Энергия, Ленинградское отделение, 1967. 408 с. и
  4. A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. -М.: Энергия, 1975. 576 с.
  5. Л.А. Основы общей теории электроизмерительных устройств. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1971. — 544с."
  6. Г. Н. Информационно-измерительные системы. М.: Высшая школа, 1977. — 208 с.
  7. Клюев Н. Информационные основы передачи сообщений. М.: Советское радио, 1966. — 360 с.
  8. А.П. Введение в цифровую радиотелеметрию. М.: Энергия, 1967. — 343 с.
  9. З.М., Финкилыитейн М. И. Флуктуационная помеха и обнаружение импульсных радиосигналов. М.: Госэнергоиздат, 1963. — 216 с.
  10. А.А. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965. — 275 с.
  11. М.В. Магнитная запись в системах передачи информации. -М.: Связь, 1978. 304 с.
  12. П.В., Кнорринг В. Г., Гутников B.C. Цифровые приборыс частотными датчиками. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1970. — 422 с.
  13. В.Б., Лысенко А. П., Милохин Н. Т., Тищенко Н. М. Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем контроля и управления. М.: Энергия, 1974. — 335 с.
  14. B.C., Прянишников В. А. Приборы для измерения малыхчпостоянных напряжений и токов. Л.: Энергия, Ленинградское отд-ние, 1971. — 184 с.
  15. А.Х. Об устойчивости математической модели нейтронной сети. Биофизика, 1968,№ 2, с.290−296.
  16. В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л.:Энергия, Ленинградское отд-ние, 1976. — 221 с.
  17. В.Т., Ковтуновский В. И., Шидлович Л. Х. и др. Автоматизация процессов дозирования в металлургии. М.: Металлургия, 1977. — 367 с.
  18. В.М., Чеховой Ю. М. Нелинейные системы управления с частотно- и широтно-импульсной модуляцией. Киев: Техника, 1970. — 340 с.
  19. Л.А., Бакеев Е. Е. Аналого-цифровые преобразователи устройств автоматики и телемеханики электрофицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1979. — 206 с.
  20. В.П. Методическая погрешность преобразования аналогового сигнала в частотно-модулированный импульсный сигнал. -Измерительная техника, 1972, № 12, с. 53−55.
  21. Л.А., Гершензон Г. С., Дмитриев В. И. Конденсаторные преобразователи в автоматике и системах управления. М.: Энергия, 1969. — 129 с.
  22. Ю.Н. Исследование одного класса измерительных ЧИМ и ШИМ преобразователей с импульсной обратной связью: Автореф. Дис. .канд.тех.наук. М., МЭИ, 1967. — 18 с.
  23. Ясик Ян-Ришард. Разработка методики и аппаратуры для исследования динамических характеристик измерительных преобразователей напряжение частота.: Автореф. Дис.. канд.тех.наук. -Л., ЛШ, 1979. — 16 с.
  24. Ли С.С., Джонс Р. В. Интегральные системы управления с частотно-импульсной модуляцией. В сб.: Дискретные и самонастраивающиеся системы. Труды П Международного конгресса ИфАК. -М.: Наука, 1965, с. 124−138.
  25. Г. К. К анализу частотно-импульсных сглаживающих фильтров. В сб.: Труды НИИГидрометеорологического приборостроения. М.: Гидрометеоиздат, 1972, вып.27, с. 58−75.
  26. Сейсморазведочная аппаратура ПОИСК. Елок модуляторов-демодуляторов БМД-1. Техническое описание. М.: ЦБТИМС, 1967.- 20 с.
  27. Г. К. К статистической динамике частотно-импульсных систем. В сб.:Труды НИИГидрометеоролотаческого приборостроения.-М.: Гидрометеоиздат, 1971, вып.25, с. 60−74.
  28. Г. К. Представление непрерывных функций частотой следования импульсов. В сб.: Труды НИИГидрометеорологического Приборостроения. М.: Гидрометеоиздат, 1973, вып.28.
  29. В.П. Исследование погрешностей преобразователей аналогового сигнала в частотно-модулированный импульсный сигнал.: Автореф. Дис. канд.тех.наук, М., 1973. — 24 с.
  30. В.К., Лазарев Ю. А. Фотоэлектронные RC -генераторы на фотосопротивлениях ФС-KI.: В сб.: Труды Казахского научно-исследовательского института минерального сырья. Алма-Ата: КНИИМС, 1961. вып. 6, с. 216−226.
  31. B.C., Сахаров Ю. И. Индуктивно-частотные преобразователи неэлектрических величин. М.: Энергия, 1968. — 96 с.
  32. B.C., Кремлевский Н. П., Левшина Е. С., Новицкий П. В., Осадчий Е. П., Родион Э. И. Цифровая аппаратура для измерения усилий и интегрирования импульса силы: В сб.:Труды ЛПИ. Л.:
  33. Энергия. Ленинградское отделение, 1968, № 294, с.34−37.
  34. .З. Высокочастотные емкостные и индуктивные датчики.-М.-Л.: Госэнергоиздат, I960. 72 с.
  35. В.А. Резонансный метод измерения уровня. М.: Энергия, 1969. — 192 с.
  36. Е.П. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979. — 480 с.
  37. А.с. I28I59 (СССР). Интегрирующее устройство. Новицкий П. В., Пресняков П. Д. Опубл. в Б.И., I960, № 9.
  38. В.И. Частотный датчик уровня. Приборостроение, 1965, № 10, с. 25−27.
  39. В.И. Частотные преобразователи.: В сб.: Передовой научно-технический и производственный опыт. Jfe I8−66-II8/5.-М.: ГОСИНТИ, 1966. 12 с.
  40. С.А. Измерение больших постоянных токов методом ядерного магнитного резонанса: В сб.: Научно-технический информационный бюллетень ЛПИ им. М. И. Калинина. Л., 1957, № II, с. 54−69.
  41. Е.Г., Спектор С. А. Новый метод измерения больших постоянных токов с использованием метода ядерного магнитного резонанса rQcrta IMEКО, 1958, т.з.
  42. Е.Г., Спектор С. А., Измерение больших постоянных токов с использованием метода ядерного магнитного резонанса. -Вестник приборостроения, 1959, № I. с. 3−9.
  43. Г. И. Выделение и обработка информации в допплеровских системах. М.: Советское радио, 1967, 256 с.
  44. Sbeia O^Mo&jheux L, Tz"n*L*to* (Jodibge-'ioconSe^-tez. -E?ecf^o/?ic Enylnee&fij, 1962, if .34, V 413.
  45. Rouez G.H. Qwllcblnq ttan^isf&z Я-С io A-C confrebtvz, hating ом 9tutpu± {г^с^елъсс. ръо-pevbu&-naJt to-ttuL 'iA^puyt LTo? t:agj2.-Д1ЕЕ Tzcjniacirioni, 1955, if. 74, patt I, p. 322−326.
  46. Rify L <�Хм*1о$Ло-cLljliae dartz confevb&t.eectzoni6 $} 1956, tT .29, V I. p 152−155,
  47. Patent 3 040 273 №$>#1^ 340−347, 1962.
  48. Vo?iaq& o./ faefyyency conSez^cz /A.F.
  49. ShetaaCLi LSD. 2ote QCfyuintion system expect* the unexpected -Efec+zonics, ШЧ/.Ъ?, У p. 57−6/.
  50. A.c. 190 660 (СССР). Преобразователь напряжения в частоту импульсов / Л. Н. Киселев. Опубл. в Б.И., 1966, № 2.51 • batteit ?7. On Qnotog g-c integwio* ufcih 0 cjtycici€ outpui. Proceeding* ojihe
  51. EUc+vonU Competence, П7, Ос^оёе*,
  52. A.C. Автоматическая обработка сигналов частотных датчиков. М.-Л.: Энергия, 1966, 120 с.
  53. Ареччи, Гатти, Сона. Измерение световых потоков малой интенсивности методом синхронизированного счета отдельных фотонов. Приборы для научных исследований, 1966, J6 7, с.128−134.
  54. F-eoluoe*e-4t,-lEEE Т-гол€ 4с±со/7* on браее, /??3, Л AS
  55. Л.Н. Частотный датчик переменного напряжения на основе эффекта Баркгаузена. Приборы и системы управления, 1969, № I, с.7−9.
  56. Я.Д. Частотше спектры при временной (фазовой) и частотной импульсной модуляции. Радиотехника, 1946, т.1, № 7 — 8, с. 52−76.
  57. Л.И. Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972. — 417 с.
  58. Г. К. Математическая модель сигналов. В сб.: Теория автоматического управления и регулирования. -М.: МИРЭА, 1978, с. 98−104.
  59. А.С. Модулированные фильтры и следящий прием ЧМ. -М.: Советское радио, 1969. -547 с.
  60. А.А. Спектры и анализ. -М.: ГИТТЛ, 1957. -236 с.
  61. П., Микусинский Я., Сикорский Р. Теория обобщенных функций. Секвенциальный подход. -М.: Мир, 1976. -311 с.
  62. А.Л., Чигарьков Г. К. Методическая погрешность анало-го-частотных преобразователей накопительного класса при динамических измерениях. -Метрология, 1977, № 10, с.18−26.
  63. А.Д. Исследование вопросов синтеза избирательных преобразователей для измерительных систем с частотно-импулье-ным представлением информации.: Автореф. Дис. .канд. тех. наук. -Л., 1973. -23 с.
  64. В.М. Квантование по времени при измерении и контроле. -М.: Энергия, 1969. -88 с.
  65. М.И. и др. Интегратор-счетчик с широким диапазоном скорости счета. -Приборы и системы управления, 1977, № 4, с. 42−43.
  66. Л.Х., Ковтуновский В. И. Интегрирующее устройство постоянного тока. -Приборы и системы управления, 1973, № X, с. 20−24.
  67. М.И., Левинсон Б. А. Вопросы повышения точности цифровых интеграторов постоянного тока: В сб. научных трудов НИИТЕПЛОПРИБОР. -М.: НШТЕГШОПРИБОР, 1974, № 8, с. 21−31.
  68. Д.И. Определение динамических характеристик линейных измерительных систем. -Измерительная техника, 1969,10, с. 6−8.
  69. Д.К., Гулд Л. А., Кайзер Д. Ф. Теория линейных следящих систем. -М.: Физматгиз, 1961. 407 с.
  70. А.Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1979. -286 с.
  71. И.Н., Комиссарова В. Н., Сафронов В. И. Полупроводниковый конденсаторный частотомер. -Измерительная техника, 1963, № 5, с. 40−43.
  72. В.Д., Туз Ю.М. Высокоточные преобразователи частоты в напряжение. -Вопросы радиоэлектроники. Серия радиоизмерительная техника (РТ), 1968, вып. 5, с. 76−84.
  73. В.П., Резников А. Л. Измерение примыкающих интервалов времени двумя частотомерами. -Измерительная техника, 1974,3, с. 93−94.
  74. B.C., Купершмидт Я. А. Телеизмерение. -М.: Энергия, 1976. 351 с.
  75. В.Я. Радиотехнические методы измерения параметровпроцессов и систем. М.: Стандартгиз, 1970. — 308 с.
  76. ГОСТ 8.009−72. ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. Ред. I. 16 с.
  77. А.Л., Чигарьков Г. К. О метрологических характеристиках тракта аналого-частотный преобразователь измеритель частоты через примыкающие интервалы времени. — Метрология, 1979, № 5, с. 31−36.
  78. Г. И., Тимофеев А. Б., Хухриков С. С. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1970, часть 2. — 232 с.
  79. П.А., Мельников Н. А., Кухаркин Е. С., Даревский А. И. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1976, часть I. — 544 с.
  80. А.с. 712 956. Способ измерения амплитудно-частотной и фазо-ча-стотной характеристик преобразователя с частотно-импульсной модуляцией / А. Л. Резников, О. П. Чайников Опубл. в Б.И., 1980, В 4.
  81. М.Г. Гармоничесшй анализ. М., Л.:0ГИЗ, 1948.-504″
  82. В.Д., Милохин Н. Т. Устройство частотного и время-импульсного преобразования. М.: Энергия, 1970. — 129 с.
  83. Л.И. Функция преобразования интегрирующего преобразователя время-импульсного типа. Вопросы радиоэлектроники. Серия радиоизмерительная техника, 1974, вып. 3, с. 3 — 9.
  84. Л.И. Функция преобразования интегрирующих преобразователей с импульсной обратной связью. В межвузовском сб. научных трудов: Информационно-измерительная техника. — Пенза: ПЛИ, 1977, вып. 7, с. 75−80.
  85. Г. М. Исследование преобразователей напряжения Стока) с частотно-импульсным выходом. Автореф.Дисс.. канд.тех.наук, Новосибирск: 1969.
  86. В.Н. Основы теории и проектирования цифровых измерительных приборов с высокими метрологическими характеристиками. Автореф.Дисс.. доктора тех. наук, -М.: МЭИ, 1976.
  87. В.М., Гринберг Е. И., Перегуд М. И., Резников А. Л., Цуканова Л. А., Яковлев М. С. Применение ЭВМ «Мир-2» для определения частотных характеристик аналого-частотных преобразователей. Измерительная техника, 1978, № 10, с. 45−47.
  88. Ю.Д. Идентификация и контроль качества нелинейных элементов радиоэлектронных систем. М.: Энергия, 1975. — 97 с.
  89. B.C. Погрешность преобразователя напряжение-частота с импульсной обратной связью, обусловленная инерционностью операционного усилителя. В сб. научных трудов МЭИ, 1980, вып. 457, с. 56−61.
  90. А.Л. Исследование переходного процесса в аналого-частотных преобразователях накопительного класса. Метрология, 1979, В 3, с. 31−39.
  91. А.о. 409 147. Устройство для определения характера переходного процесса в преобразователях с частотно-импульсной модуляцией / В. П. Кузнецов, А. Л. Резников. Опубл. в Б.И., 1973, № 48.
  92. А.С. 447 827. Устройство для измерения переходного процесса в преобразователях тока в интервал времени / В. П. Кузнецов, А. Л. Резников. Оцубл. в Б.И., 1974. № 39.
  93. Методика ВНИИМС. Методика определения погрешности элементарной дозы интегрирующих приборов, построенных на основе преобразователей тока и напряжения в число импульсов. МИ 214−80. М.: Стандартгиз, 1981.
  94. ГОСТ 11 988–72. Расходомеры электромагнитные промышленные ГСП.
  95. И.И. Характеристики выпадения сигналов в магнитографах точной магнитной записи. Метрология, 1977, & 6, с. 9−16.
  96. Н.Н. Анализ и вопросы проектирования систем точной магнитной записи с импульсной модуляцией.: Автореф. Дисс.. канд.тех.наук. М.: ИПУ, 1973. — 17 с.
  97. Л.С., Фрвдман А. А. Аппаратура точной магнитной записимодуляциеис частотной. М.: Энергия, 1978. — III с.
  98. П. 1. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ БЭСМ-6 1Л. Статический режим1. Алгоритм
  99. Массив данных: ц0 — f0- - r2- x- u" -- аз, tofe (ХНУ к '(«+<) r2- ' Ч (Kfi)Ri
  100. Вычисления цп и с — t→z .
  101. Из системы уравнений при Ugx = <7- = 4V^ (ry"p (-z-Tv)-T е*г (-?То4,1где (г) -U, ^(^)фЛ (^-^(-Попределяются Цп и С. 1. Из выражения л, 1. Т лгде Ыа,. ft-) и. — fr^'Jp- еЩопределяется, а также1. Т- = 7},* + Г».
  102. По методу наименьших квадратов находится градуировочная характеристика ЧИМ в виде:4(Ugx) + {Lfty + ••<,р 4> скоэффициенты О, Ь. определяются до тех пор пока > —) не станут меньше 0,001.
  103. Описание блок-схемы программы.
  104. Программа написана на языке Ф0РТРАН-1У и реализована на ЭВМ BC-I022, БЭСМ-6.
  105. В соответствии с блок-схемой (рис. П. 1.1.) программа работает следующим образом.
  106. Производится ввод данных преобразователя1. (Л, I п/к-
  107. НР} Т^к I п/к- 3 .R1}R2 — I п/к.
  108. Все данные вводятся в машину с перфокарт, подготовленных в формате $ Q •
  109. Динамический режим. Фильтр через примыкающие интервалы времени.1. Алгоритм1. Массив данных:
  110. Моносигнал (i) = ЕJ Ч- g) iin (2r F?).
  111. Ej — F Fa- ¦ 4sj — F =? j 4aj -(% + U*) 4 —
  112. N= 7 (число периодов Тщ).
  113. Сложный сигнал = Ej + 2' f^^t) +ф. л/= 42 (число периодов Тм)-остальные данные те же, что и для моносигнала.
  114. Вычисления 77 о ¦ ~П. -с ^ > с
  115. Из дифференциального уравнения 1-го этапаdU*" R1 + j>9 к ио + Ц&К). CRiRz («+$ * (K+S)RZC {K-fi) Ri сопределяется U fax (?-)) начальные условия 1-го этапа:1. Ua) конечные условия 1-го этапа:1. U<�"x = Ue"jcCtyt. +
  116. Из дифференциального уравнения 2-го этапаи, — кЦ0ч-Ц (>(+)1сН: ^ сььам) — (к-и)^Сопределяется z) начальные условия 2-го этапа:1. Ug"x Сг) — (Ti + Tr)^конечные условия 2-го этапа:
  117. U у —- Цп, определяется Т, = -h 7}.
  118. Построение фильтра. Определение Lfnp :
  119. Определение количества эквидистантных точек7 Тм-2-tfml&bdquo-Ti
  120. Определение эквидистантных значений Unp с помощью системы неравенств: если6 /=/то переходим к L = оСи строим следующее неравенство-чесли1. А + 1).
  121. Оценка «качества» тракта ЧШ-фильтр с помощью критериев равномерного приближения.
  122. Определение погрешности преобразования осуществляется по
  123. Определение характеристик Wj W/>, :1. VI/ = -c^-J00о -1. К = Юо%>1. Шп
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!