Оглавление
Список сокращении .
ВВЕДЕНИЕ б
1. ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ И АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.
1.1. Общие замечания
1.2. Классификация видов помех, воздействующих
на средства измерений, и способы оценки
помехоустойчивости .
1.3. Анализ влияния помех .
1.3.1 Особенности спектров кондуктивных помех .
1.3.2. Влияние электромагнитных помех, наводимых
через элементы линии связи.
1.4. Краткий обзор методов повышения помехоустойчивости средств измерений .
1.5 Помехоустойчивость и допустимый динамиче
ский диапазон изменения ДДП помехи как
показатели качества средств измерений . .
Выводы. 4
2. ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ИНТЕГРИРУЮЩИХ АЦП И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ИЗМЕНЕНИЯ ПОМЕХ
2.1. Общие сведения. 4
2.2. Исследование динамического диапазона из
менения помех интегрирующих АЦП с двухтактным интегрированием
2.3. Исследование допустимого ДДП интегрирую
щих АЦП.
2.3.1 Интегрирующие АЦП с двухтактным интегрированием .
2.3.2 Интегрирующие квазиразвертывающие АЦП .
2.3.3 АЦП на базе интегрирующих дискретизаторов Выводы .
3. ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
3.1. Общие сведения
3.2. Исследование способов расширения динамического диапазона изменения помех
3.3. Разработка способа расширенияДЦП интегрирующих АЦП
3.4. Исследование эффективности способа расширения ДДП интегрирующих АЦП
3.4.1. Разработка и обоснование модели ИАЦП . .
3.4.2. Моделирование элементов ИАЦП
3.4.3. Результаты сравнительного исследования ИАЦП с расширением и без расширения ДЦП . Вызоды .
4 ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСО
БОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ИП С НЕЛИНЕЙНЫМИ ФУНКЦИЯМИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ .
4.1. Общие сведения
4.2. Исследование влияния помех при наличии нелинейности функции преобразования ИП .
4.3 Разработка и исследование алгоритмов подавления помех на базе модели ГаммерштейнаЧебышева
4.3.1 Виды моделей нелинейных систем .
4.3.2 Свойства модели ГаммерштейнаЧебышева . .
4.3.3. Способы и алгоритмы коррекции влияния по
мех для ИП с полиномиальными функциями
преобразования .
Выводы.
Основные результаты
Щ Литература
Приложение
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
визуальный ориентированный пакет программ мирования
АЦП аналогоцифровой преобразователь
АФХ амплитуднофазовая характеристика
АЧХ амплитудночастотная характеристика
БПФ быстрое преобразование Фурье
ВФ весовая функция
ДДП допустимый диапазон изменения помехи
ЗФ заградительный фильтр
ИАЦП интегрирующий аналогоцифровой преобразователь
ИД интегрирующий дискретизатор
ИКП интегрирующий квазиразвертывающий преобра
зователь
ИН источник напряжения
ИП измерительный преобразователь
ИРП интегрирующий развертывающий преобразователь
ИЦ измерительная цепь
ОУ операционный усилитель
ПК персональный компьютер
ПКЭ показатели качества электроэнергии
ПНВ преобразователь напряжения в интервал времени
ПНЧ преобразователь напряжения в частоту
ПФ передаточная функция
ПХ переходная характеристика
СИ средства измерений
ФП функция преобразования
ЭМС электромагнитная совместимость.
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития средств измерений СИ одной из основных проблем является проблема улучшения их метрологических характеристик. Этого требуют как научноисследовательские, так и чисто техникотехнологические интересы человечества. С исследовательской точки зрения более совершенные СИ поззоляют точнее описать изучаемые процессы и глубже изучить естественнонаучную картину мира. Для техники совершенствование применяемых в промышленности средств измерений позволяет повысить эффективность производств и качество выпускаемой продукции и изделий, улучшить экологические и бытовые условия проживания человека.
В настоящее время широкое использование электронной техники и энергоемкого электрического оборудования выдвигает на первый план совершенствование СИ в плане обеспечения электромагнитной совместимости, а именно построение помехоустойчивых измерительных преобразователей ИП, приборов и систем, которые обеспечивают высокие метрологические характеристики в условиях воздействия внешних электромагнитных помех.
Состояние проблемы Задача построения помехоустойчивых средств измерений решается в условиях действия двух технически противоречивых тенденций. С одной стороны, это постоянно возрастающие требования практики к средствам измерений, которые должны обладать все более низкими порогами чувствительности при высоких требованиях к метрологическим характеристикам. С другой стороны,
совершенствование СИ сдерживается постоянным ростом уровней электромагнитных помех изза роста электроэнерговооруженности промышленности, транспорта и сферы бытовых услуг, т.е. вследствие увеличения общего электромагнитного фона. В данном аспекте проблема помехоустойчивости вот уже в течение последних сорока лет остается актуальной.
К настоящему времени в решении рассматриваемой проблемы достигнуты значительные практические и теоретические результаты.
Большой вклад в развитие теории и практики построения помехоустойчивых средств измерений внесли коллективы отечественных ученых, руководимые в разное время Т. М. Алиевым, И. М. Вишенчуком, В. С. Гутниковым, Л. Ф. Куликовским, К. Л. Куликовским, В. Ю. Кнеллером, В. Н. Малиновским, А. И. Мартяшиным, А. М. МеликШахназаровым, П. В. Новицким, М. П.Цапенко, Э. К. Шаховым, Б. Я. Швецким, Г. П. Шлыковым, В. М. Шляндиным, Г. А. Штамбергером и др.
В Пензенском государственном университете в течение последних лет широкие исследования по рассматриваемой проблеме ведутся по двум основным направлениям. Одно направление, основанное Э. К. Шаховым и развиваемое его учениками В. Д. Михотиным, Б. В. Чувыкиным, ориентировано на совершенствование средств измерений, реализующих помехоустойчивые методы интегрирующего развертывающего преобразования. Второе направление, возглавлявшиесяА.И. Мартяшиным и развиваемое его учениками В.И. Чернецовым, П.П. Чураковым и др., решает задачи по
строения инвариантных измерительных преобразователей устойчивых, к влиянию неинформативных параметров исследуемой цепи, т.е. по сути, к воздействию параметрических помех.
Рассматривая проблему в целом, можно отметить, что в основных принципиальных аспектах нашли решение вопросы классификации помех, разработаны способы построения помехоустойчивых СИ и алгоритмы обработки результатов измерений, обеспечивающие улучшение показателей помехоустойчивости. Но, вместе с тем, имеется ряд задач, не нашедших убедительного решения или решенных в меньшей степени изза разнообразия требований, предъявляемых к СИ. К таким, например, относится задача построения помехоустойчивых СИ для случаев, когда помеха по мощности амплитуде существенно превосходит измеряемый сигнал.
Примеры таких задач существуют в различных областях науки и техники, например
в биомедицине потенциалы головного мозга составляют единицы микровольт, тогда как естественный фон энцефаллограмм головного мозга имеет уровни до десятков милливольт
в радиоастрономии принимаемые из космоса сигналы на несколько порядков по мощности меньше электромагнитного фона, вызванного промышленными помехами на поверхности Земли
в сейсмологии присутствующие на поверхности Земли естественные паразитные акустические шумы на порядки по уровню превышают интересующие исследователей шумы тектонических движений нижних слоев планеты
в промышленности при высокой энергонасыщенности производства в условиях значительных кондуктивных и электромагнитных помех.
Кроме того, при формулировке задач рассматриваемого класса СИ, следует рассматривать не только вопросы достижения требуемых показателей помехоустойчивости, но и ограничения по линейности тракта измерительного преобразования. Эти ограничения, как показано в работе, существенном образом определяют допустимый динамический диапазон изменения помехи ДДП, при котором реализуются требуемые номинальные метрологические характеристики. Очевидно, дополнительные сложности имеют место при решении задач искусственного расширения динамического диапазона СИ, с целью обеспечения условий неискаженной передачи спектров измеряемых сигналов. Однако расширение динамического диапазона СИ сдерживается, как правило, неидеальностью применяемых усилительных элементов и измерительных преобразователей на их основе. Другими словами, ограничения допустимого ДДП обусловливаются нелинейностями характеристик активных элементов измерительных преобразователей.
Кроме того, в настоящей работе рассматриваются методы моделирования и исследования механизма воздействия помех на различные виды интегрирующих аналогоцифровых преобразователей ИАЦП и разработка на этой основе новых способов и алгоритмов подавления помех.
Основание для проведения работы Работа выполнена в соответствии с планами проведения и реализации гб и хд НИР Пензенского государственного университета и
Пензенского регионального центра высшей школы ПРЦВШ филиала Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства РГУИТП по заказам ряда промышленных предприятий и организаций РФ.
Актуальность