Введение к работе
Актуальность. Определение параметров электрических цепей , требуется при проведении научных физико-химических исследований, при контроле параметров радиоэлектронных схем, при измерении неэлектрических величин с использованием параметрических датчиков, при исследопаниях в биологии и медицине, при исследовании свойств веществ и во многих других случаях. Многоэлементные электрические цепи (ЭЦ) яиляются эквивалентными электрическими схемами замещения объектов при проведении электроснсктрографнчсских, диэлькомстрических, кондуктомст-рических и полярографических исследований и биологии и медицине, электрохимической и технической физике.. Существующие . устройства измерения параметров электрических цепей не в полной мере удовлетворяют современным требованиям по совокупности метрологических характеристик. Указанные причиды обусловили актуальность диссертационной работы.
Цель работы. Разработка на основе теории синтеза и обработки сигналов алгоритмов функционирования и методов синтеза устройств измерения параметров многоэлементных линейных и нелинейных электрических цепей (УИПЭЦ), обладающих широкими функциональными возможностями при высоких метрологических характеристиках. Разработка методики инженерного проектирования, теоретического и экспериментального исследования УИПЭЦ. Для достижения поставленной цели предварительно необходимо провести анализ устройств обработки сигналов применительно к синтезу и анализу УИПЭЦ.
Предмет исследования. Алгоритмы функционирования и структуры устройств измерения параметров линейных и нелинейных двух-, трех- и четырехэлементных многополюсиых и двухполюсных ЭЦ при различном соединении элементов для приборов измерения электрических и магнитных величин.
Научная новизна. 1. Разработан обобщенный подход и синтезированы алгоритмы построения УИПЭЦ с селективными, многоканальными и комбинированными методами обеспечения инвариантности.
2. Синтезированы обобщенные схемы УИПЭЦ с селективными методами обеспечения инвариантности без введения дополнительного опорного канала (ДОК), с многоканальными методами обеспечения инвариантности с прямым и обратным направлением преобразования в ДОК и с комбинированными методами обеспечения инвариантности.
-
Синтезированы узлы - обработки (УО) для выделения информативного параметра для УИПЭЦ без ДОК и с прямым направлением преобразования в ДОК.
-
Синтезированы узлы фиксации момента компенсации (УФМК) УИПЭЦ с обратным направлением преобразования в ДОК и с комбинированными методами обеспечения инвариантности.
-
Разработаны принципы построения и схемы устройств измерения обобщенных параметров ЭЦ и УИПЭЦ, обеспечивающих требуемую функциональную зависимость между входными и выходными параметрами.
-
Разработаны алгоритмы и схемы определения конфигурации и состава ЭЦ априори неизвестной структуры.
-
Теоретически исследованы УИПЭЦ: определены интервалы инвариантности, статические погрешности и быстродействие для различных видов УИПЭЦ.
-
Определены пути дальнейшего совершенствования УИПЭЦ состоящие: в использовании более сложных измерительных схем и входных воздействий; в анализе выходных сигналов измерительной схемы посредством разложения на ортогональные базисные функции; в использовании стробоскопических методов преобразования и информации о «тонкой» структуре сигналов.
Методика проведения исследования. При разработке алгоритмов функционирования УИПЭЦ использованы методы анализа и синтеза инвариантных систем автоматического регулирования и управления. При синтезе узлов обработки - принципы разделения сигналов по форме. При анализе УИПЭЦ использован математический аппарат обычного и дискретного преобразования Лапласа. При определении конфигурации и состава ЭЦ неизвестной априори структуры использованы корреляционные методы различения сигналов. При анализе погрешностей использованы основные положения теории чувствительности и допусков электронных схем. При экспериментальном исследовании использован вероятностный подход к анализу погрешностей.
Практическая ценность: — разработана методика инженерного проектирования и исследования УИПЭЦ;
-,— разработаны структуры УИПЭЦ, решающие ряд нерешенных ранее задач;
— разработанная методика внедрена в учебный.процесс преподавания дисциплин «Устройства генерации и формирования
радиосигналов» и * Автоматизированные системи контроля и управления РЭО [?.. 3].
Реализация в промышленности: Предстапленные в диссертационном работе исследования проводились в соответствии с Координационным планом НИР Российской академии наук на 1986-1990 г.г. по проблемам «Измерительные процессы и системы» (шифр 1.12.8) подраздел 1.12.8.2 «Теория и методы организации измерительных процессов н системах управления» и «Теория и методы получения измерительной информации» Подраздел 1.13.1 «Информационное обеспечение отрасли (приборостроение) перспективными средствами измерения механических-параметров».
Цифровой измеритель параметров катушек индуктиі ости внедрен в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории автоматизации электрических измерений и контроля Пензенского политехнического института (ныне государственного университета) [12, 33].
Вторичные преобразователи значения индуктивности в частоту и интервал времени для первичных индуктивных измерителей линейных перемещений внедрены в Пензенском филиале научно-исследовательского института физических измерений ( ныне Пензенский научно-исследовательский институт физических измерений) [10, 37].
Инвариантный измеритель значения индуктивности используется в качестве базового в приборе контроля магнитной проницаемости тороидальных сердечников, внедренном на заводе «Ужгородприбор» г.Ужгород Украина [11].
Различные модификации устройства измерения постоянной времени первичных индуктивных преобразователей внедрены на заводе «Ужгородприбор» г.Ужгород Украина, заводе «Тяжпромарматура» г. Пенза и в акционерном обшестве «Электромеханика» г. Пенза в приборах контроля межвитковых замыканий в катушках индуктивности и готовых трансформаторах, а также Пензенском государственном научно-исследовательском институте электронно-механических приборов в приборах контроля межвитковых замыканий и обмотках статоров шаговых электродвигателей [4, 17, 43].
Устройство измерения индуктивности с использованием методов фазового детектирования внедрено на заводе «Ужгородприбор» г.Ужгород Украина в приборе измерения и контроля значения индуктивности трансформаторов [14, 44].
Устройство измерения постоянной времени катушек индуктивности для работы с токопихревыми датчиками внедрено в лаборатории «Вибродиагностика» Московского энергетического института (технического университета). Пятиканальное устройство контроля вибрации с аналогичными токовихревыми датчиками внедрено на кафедре «Теоретическая механика» Пензенского государственного университета [21 ].
Устройство измерения емкости емкостных датчиков внедрено на кафедре «Инженерная экология и охрана труда» Московского энергетического института (технического университета) в приборе контроля вибрации.
Ряд разработанных устройств и узлов внедрены в учебный процесс на кафедре «Радиотехника» Пензенского государственного университета в лабораторном практикуме по дисциплине «Устройства генерации и формирования радиосигналов» [3].
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ряде Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций, симпозиумов и семинаров [53...67], а также на ежегодных научно-технических конференциях Пензенского политехнического института (ныне государственного университета).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 90 работ, в том числе монография, 2 учебно-методических пособия, 35 авторских свидетельств и 35 статей. Из них 20 работ опубликовано без соавторов..
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных результатов и выводов по работе и двух приложений. Основной текст изложен на 420 листах. Библиография — 270 наименований.
