Geum.ru

Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

Вид материалаДоклад

Содержание


Измерительный преобразовательпараметров датчиков, применяемых в ИС
Мартяшин В.А., Окунев Е.А.
Светлов А.В., Ушенин Д.А., Ушенина И.В.
Подобный материал:
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   34

Измерительный преобразователь
параметров датчиков, применяемых в ИС


В настоящее время разработан ряд измерительных преобразователей для резистивно-емкостного датчика (РЕД) на основе релаксационных генераторов. Общим недостатком этих преобразователей является зависимость результата измерений от ряда факторов, таких как температура, влажность, а также существенное влияние значения емкости связи РЕД на результат измерений.

В качестве путей уменьшения влияния указанных факторов могут быть применены известные методы термостатирования, герметизации, а также компенсации дестабилизирующих факторов путем рациональных схемотехнических решений.

О
дним из возможных вариантов решения задачи преобразования параметров РЕД может служить разработанный измерительный преобразователь, описанный ниже. Структурная схема предлагаемого преобразователя представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема

Она содержит резистивно-емкостной датчик (РЕД), компаратор 1, источник опорного напряжения 2, инвертор в цепи питания датчика 3, блок установки режима работы 4, согласующее сопротивление 5, согласующий повторитель 6, частотозадающую цепь 7. Датчик включен в цепь обратной связи для уменьшения дополнительной погрешности измерений.

Резистивно-емкостной датчик при реализации такого измерительного преобразователя можно представить эквивалентной схемой, изображенной на рис 2. РЕД имеет, как известно, резистивный слой и емкость связи. В нашем случае резистивный элемент разбит на две зоны путем введения в схему дополнительного (подбирается при настройке) сопротивления, соизмеримого по значению с собственным сопротивлением резистивного слоя РЕД. Это сделано для того, чтобы сохранить диапазон изменений сопротивлений плеч РЕД. В таком случае в точке соединения дополнительного сопротивления с собственным резистивным слоем РЕД получаем нулевой потенциал при описанной схеме питания датчика.



Рис 2. Эквивалентная схема РЕД.

Работу предлагаемого преобразователя удобнее всего пояснить по структурной схеме (см. рис. 1.). Напряжение с выхода компаратора 1 поступает одновременно на согласующее сопротивление 5, второй вход РЕД и вход инвертора 3. На первый вход РЕД сигнал поступает с выхода инвертора 3 через блок установки режима работы 4. С вывода 3 РЕД снимается сигнал, зависящий от положения подвижного контакта датчика. Этот сигнал поступает на согласующий повторитель 6. С выхода согласующего повторителя сигнал поступает на частотозадающую цепь. При достижении напряжения на выходе частотозадающей цепи значения, равного опорному напряжению с выхода источника опорного напряжения 2, компаратор 1 переключается в противоположное состояние, и процесс повторяется. Причем частота следования импульсов зависит от положения подвижного контакта датчика. Компенсация влияния емкости связи достигается за счет того, что с выхода РЕД снимается сигнал, представляющий собой суперпозицию прямого и инверсного сигналов реакции РЕД на энергетическое воздействие. Как прямая, так и инверсная составляющая выходного сигнала с РЕД претерпевает изменение за счет влияния емкости связи, однако с противоположными знаками.

Проведенные исследования серийно выпускаемого датчика давления масла и резистивно-емкостного датчика совместно с предлагаемым преобразователем показали существенное превосходство датчика с бесконтактным съемом сигнала по таким параметрам как линейность преобразования и повторяемость результатов измерений. Результаты исследований представлены в виде графиков (рис. 3).



Рис. 3

Изображенные на рис 3 кривые зависимостей соответствуют: пунктирные – серийно выпускаемому датчику давления, выполненному в виде переменного проволочного резистора и применяемому в автомобилях УАЗ, сплошные – РЕД, выполненному на базе того же датчика давления, где проволочная намотка заменена на керамическую подложку с резистивным слоем, а подвижный контакт выполнен в виде металлической пластины, расположенной на расстоянии порядка 1 мм от поверхности подложки.

Предложенный преобразователь может быть использован также для измерений параметров резистивных термодатчиков в составе ИС пожарной сигнализации и в системах установки и поддержания заданной температуры. Для изготовления преобразователя использовались операционные усилители К544УД2, К544УД1. С незначительным ухудшением эксплуатационных характеристик допускается использование ОУ серии КР. Подстроечные резисторы в схеме преобразователя – любые не проволочные. Особое внимание при изготовлении преобразователя следует обратить на тип применяемых в схеме конденсаторов. Хорошо себя зарекомендовали конденсаторы с малым температурным коэффициентом емкости – К73-17.

Автор

Костоусов Максим Валерьевич – инженер кафедры “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета

Россия, 440026, Пенза, Красная, 40

Тел. (841-2) 36-82-17 E-mail: kostousov@bk.ru

Мартяшин В.А., Окунев Е.А.

Измерение спектральных параметров
экспоненциальных видеоимпульсов
с использованием ПЭВМ


Проблема получения информации о спектральных параметрах экспоненциальных видеоимпульсов (ЭВИ) возникает в связи с аппаратурной реализацией анализатора. По существу, как отмечает Харкевич А.А. [1], для анализа спектра непериодических явлений может применяться только метод одновременного анализа, причём показания анализатора (при использовании реальных резонаторов с затуханием) зависят от того, в какой момент времени после t≥tи оно будет отсчитано. Т.к. теоретически значение tи стремится к бесконечности, предлагается создание анализатора с одинаковым для всех резонаторов показателем затухания βк. При этом условии спектр (форма огибающей спектра) не искажается, а изменяется только масштабный коэффициент, что не существенно при условии, что отсчёт по всем входам анализатора берётся одновременно. Очевидно, что в этом случае анализатор даёт нам не спектр исследуемого импульса, а спектр некоторой взвешенной функции exp(–βKt)[Umexp(–αt)]. Физически картина аналогична и при использовании цифровых фильтров, т.к. их параметры с точки зрения времени установления, сдвига фазы и т.п. практически идентичны соответствующим характеристикам эквивалентных аналоговых фильтров.

Очевидно, что быстродействие таких анализаторов будет низким, т.к. определяется длительностью исследуемых ЭВИ. Сопоставимым быстродействием обладает и анализатор на основе быстрого преобразования Фурье.

Теоретически спектральная плотность ЭВИ

(1)

есть комплекснозначная функция S(jω)=S(ω)∙exp[jψ(ω)], имеющая модуль (амплитудный спектр)

(2)

и аргумент (фазовый спектр)

. (3)

Аппаратурная реализация (2) и (3) на основе [2] позволяет в реальном масштабе времени получить амплитудный и фазовый спектр ЭВИ в сколь угодно большом количестве точек.

Предположим (произвольно), что S(ω) и ψ(ω) необходимо определить для ω=(0;1;2;6;8)α, при этом





(4)







Принцип действия быстродействующего ИП амплитудного спектра ЭВИ в напряжение, структурная схема которого изображена на рис. 1, особых пояснений не требует.



Рис. 1. Структурная схема

Зафиксированные после аналого-цифрового преобразователя значения отношения и зависимости (4) являются входными данными для ПЭВМ. После обработки этих данных на дисплее ПЭВМ строится график зависимости .

Аппаратурные затраты при реализации таких ИП также вполне приемлемы – они при прочих равных условиях во много раз меньше классических решений.

Очевидно, что аналогичным образом может быть получена информация о фазовом спектре ЭВИ, а так же данной методике можно определить энергетический спектр исследуемого ЭВИ .

При этом не составляет труда вывести на дисплее ПЭВМ графики зависимостей , и в одной системе координат.

Литература

1. Харкевич А.А. Спектры и анализ – М: Физматгиз, 1962.

2. Мартяшин В.А., Мартяшин А.И. Преобразователи спектральной плотности экспоненциальных видеоимульсов. – Цифровая информационно-измерительная техника: Сборник науч. тр. Вып. 24. – Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000.

Авторы

Мартяшин Виктор Александрович – аспирант кафедры “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета

Окунев Евгений Александрович – аспирант кафедры “Радиотехника и радиоэлектронные системы” Пензенского государственного университета

Россия, 440026, Пенза, Красная, 40

Тел. (841-2) 36-82-17

Светлов А.В., Ушенин Д.А., Ушенина И.В.