Статья 10415

Название статьи

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИММИТАНСА ДЛЯ УНИФИЦИРОВАННОГО КАНАЛА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Авторы

Ашанин Василий Николаевич, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой электроэнергетики и электротехники, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), eltech@pnzgu.ru
Баранов Виктор Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), baranov_va2202@mail.ru
Ломтев Евгений Александрович, доктор технических наук, профессор, кафедра информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), iit@pnzgu.ru
Цыпин Борис Вульфович, доктор технических наук, профессор, кафедра ракетно-космического и авиационного приборостроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), cypin@yandex.ru

Индекс УДК

621.3.098.2

Аннотация

Актуальность и цели. При разработке информационно-измерительных и управляющих систем часто возникают задачи определения свойств материальных объектов, в частности диэлектрических, магнитных, электрохимических, биологических. Наиболее информативной характеристикой таких объектов является иммитанс (комплексное сопротивление или проводимость), определяющий реакцию объекта на гармоническое электрическое воздействие. Иммитанс выражается через ряд своих параметров, которые функционально связаны с параметрами объекта измерения (управления). Для измерения каждого параметра иммитанса разрабатывается специализированный измерительный канал системы. Цель исследования – разработка унифицированного канала информационно-измерительных и управляющих систем для измерения методом иммитансометрии различных параметров широкого круга объектов измерения и управления.
Материалы и методы. Исследование выполнено методом моделирования путем синтеза и анализа электрических и математических моделей объекта иммитансометрии и структурной модели канала информационно-измерительных и управляющих систем.
Результаты. Предложена комбинированная модель, объединяющая электрическую модель объекта иммитансометрии и математическую модель в виде совокупности уравнений связи, составляющих комплексного сопротивления объекта и его искомых параметров. Синтезирована структурная схема унифицированного канала измерения параметров объекта измерения (управления) методом иммитансометрии на основе измерительной схемы, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) иммитанса и вычислительного устройства канала. АЦП иммитанса состоит из АЦП напряжения, АЦП фазового сдвига, АЦП температуры, цифроаналогового преобразователя для формирования гармонического напряжения питания измерительной схемы и вычислительного устройства.
Выводы. Использование комбинированной модели объекта измерения (управления) вместо модели в виде многоэлементной линейной двухполюсной электрической цепи позволит существенно расширить область применения иммитансометрии в науке и технике, поскольку открывается возможность измерения параметров нелинейных объектов и объектов с термозависимым иммитансом. Предложенная структура АЦП иммитанса, включающая в себя АЦП напряжения, АЦП фазового сдвига, АЦП температуры и цифроаналогового преобразователя гармонического напряжения, при реализации по интегральной технологии позволит унифицировать аппаратную часть каналов измерения иммитанса информационно-измерительных и управляющих систем, эффективно используя вычислительные средства канала при решении измерительных задач. При разработке АЦП напряжения и АЦП фазового сдвига за основу следует принять структуру преобразователей информации с сигма-дельта-архитектурой, которые в настоящее время обладают наивысшей линейностью функции преобразования и могут быть полностью реализованы по интегральной технологии.

Ключевые слова

аналого-цифровой преобразователь, информационно-измерительная система, управляющая система, иммитанс, иммитансометрия, цифровая обработка сигнала, сигма-дельта-архитектура.

 

 Скачать статью в формате PDF

Список литературы

1. Мартяшин, А. И. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения / А. И. Мартяшин, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин. – М. : Энергия, 1976. – 392 с.
2. Кнеллер, В. Ю. Определение параметров многоэлементных двухполюсников / В. Ю. Кнеллер, Л. П. Боровских. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
3. Новиков, А. М. Методология / А. М. Новиков, Д. А. Новиков. – М. : СИНТЕГ, 2007. – 668 с.
4. Цыпин, Б. В. Методы диагностики и измерительные преобразователи для приборов и систем контроля узлов электронной аппаратуры : учеб. пособие / А. И. Мартяшин, Б. В. Цыпин. – Пенза : Изд-во ППИ, 1989. – 80 с.
5. Мартяшин, А. И. Методы поэлементного контроля электронных схем: Обзорная информация / А. И. Мартяшин, Л. В. Орлова, Б. В. Цыпин. – Вып. 1. – М. : ЦНИИТЭИ приборостроения, 1983. – 32 с. – (Серия ТС-5. Приборы, средства автоматизации и системы управления).
6. Ахадов, Я. Ю. Диэлектрические параметры чистых жидкостей / Я. Ю. Ахадов. – М. : Изд-во МАИ, 1999. – 856 с.
7. URL: http://www.abc.chemistry.bsu.by/ vi/analyser/ parameters.html.
8. Баранов, В. А. Измерения параметров композиционных диэлектрических материалов / В. А. Баранов. – Пенза : Инф.-изд. центр ПензГУ, 2008. – 124 с.
9. Добровинский, И. Р. Проектирование ИИС для измерения параметров электрических цепей / И. Р. Добровинский, Е. А. Ломтев. – М. : Энергоатомиздат, 1997. – 120 с.
10. Цыпин, Б. В. Измерение импедансов системами с ЭВМ / Б. В. Цыпин. – Пенза : ПГУ, 2001. – 100с.
11. Ашанин, В. Н. Проблемы теории анализа и синтеза средств измерений гетерогенной структуры / В. Н. Ашанин // Датчики и системы. – 2011. – № 7. – С. 2–7.
12. Ашанин, В. Н. ΣΔ-аналого-цифровые преобразователи: основы теории и проектирование : моногр. / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов. – Пенза : Инф.-изд. центр ПенГУ, 2009. – 188 с.
13. Ашанин, В. Н. Анализ состояния и тенденций производства интегральных преобразователей информации с ΣΔ-архитектурой / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, А. А. Коротков, И. А. Сидорова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2014. – № 1 (29). – С. 26–35.
14. Ашанин, В. Н. Метод определения длительности переходного процесса в ΣΔ–АЦП с однобитным Δ-модулятором высокого порядка / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, Р. Г. Тер-Аракелян // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2010. – № 3 (15). – С. 70–81.
15. Шахов, Э. К. Реализация концепций ΣΔ-АЦП в интегрирующих АЦП с другими видами импульсной модуляции / Э. К. Шахов, В. Н. Ашанин, А. И. Надеев //Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Cер. Технические науки. – 2006. – № 6. – С. 226–236.
16. Ашанин, В. Н. Теория интегрирующего аналого-цифрового преобразования : моногр. / В. Н. Ашанин, Б. В. Чувыкин, Э. К. Шахов. – Пенза : Инф.-изд. центр ПензГУ, 2009. – 214 с.

 

Дата создания: 12.02.2016 11:41
Дата обновления: 11.05.2016 15:25