Измерительные цепи с временным разделением каналов для многомерных объектов измерения 

Виктор Петрович Арбузов, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры автоматики и телемеханики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная,40), E-mail: arbuzov_vp@mail.ru 

621.317.733 

DOI

10.21685/2072-3059-2021-1-6 

Актуальность и цели. Потребность в увеличении количества информации о состоянии технологического процесса привела к необходимости рассмотрения параметрических преобразователей датчиков как многомерных объектов измерения, а следовательно, к созданию измерительных цепей для датчиков с многоэлементной схемой замещения их параметрических преобразователей. Целью работы является рассмотрение принципа действия основных узлов измерительных цепей с фазовым разделением каналов для многомерных датчиков и выбор метода создания цифровой модели напряжения, в которой преобразован иммитанс датчика.
Материалы и методы. Применение метода фазового разделения каналов в измерительных цепях датчиков позволяет обеспечить не только коррекцию погрешности, обусловленной неидеальностью элементной базы и емкостью кабеля, но и измерение параметров многомерных объектов, а использование метода Прони для построения цифровой модели выходного напряжения активного преобразователя сокращает время преобразования до периода тест-сигнала за счет уменьшения количества отсчетов.
Результаты и выводы. Для получения дискретной модели выходного напряжения активного преобразователя предложено использовать метод Прони, позволяющий при ограниченном количестве отсчетов получить дискретную модель аналогового сигнала, при этом степень адекватности полученной модели определяется разрядностью аналогоцифрового преобразования, количеством отсчетов и их длительностью, шагом и равномерностью дискретизации, методом интерполяции или экстраполяции, используемым для получения цифровой модели. 

Ключевые слова

измерительная цепь, фазовое разделение каналов, погрешность, многомерные объекты, дискретная модель аналогового сигнала, метод Прони 

 Скачать статью в формате PDF

1. Arbuzov V. P., Larkin S. E., Mishina M. A. Phase separation of sensor measurement circuit channels // Measurement Techniques. 2013. Vol. 55, № 11. С. 1247–1251. doi:10.1007/s11018-013-0115-3
2. Арбузов В. П., Мишина М. А. Коррекция температурной погрешности емкостных датчиков давления // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2017. № 3. С. 94–105. doi:10.21685/2072-3059-2017-3-8
3. Арбузов В. П., Водовскова П. Н., Мишина М. А., Щербаков М. А. Измерение и контроль толщины диэлектрических материалов // Датчики и системы. 2014. № 10. С. 29–33.
4. Распопов В. Я. Микромеханические приборы : учеб. пособие. М. : Машиностроение, 2007. 400 с.
5. Люкшонков Р. Г., Моисеев Н. В. Дифференциальный емкостной датчик перемещений с дополнительной информацией о зазоре // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2011. № 4. С. 67–72.
6. Xie H. Gyroscope and micromirror design using vertical axis CMOS-MEMS actuation and sensing. Carnegie Mellon University, 2002. 246 p.
7. Некрасов Я. А., Беляева Т. А., Беляев Я. В., Багаева С. В. Электрические схемы емкостных датчиков микромеханического гироскопа RR-типа // Научное приборостроение. 2008. Т. 18, № 1. С. 91–97.
8. Поляков С. А., Волков Б. Р., Иванов М. А. Разработка измерительного преобразователя для прибора диэлькометрического контроля бензина // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и в научных исследованиях ИАМП-2013 : сб. ст. конф. Бийск, 2013. С. 95–97.
9. Минаев И. Г., Мастепаненко М. А. Емкостный способ измерения уровня электропроводных и диэлектрических жидкостей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2011. № 5. С. 52–55.
10. Arbuzov V. P., Mishina M. A. System of basis functions for the measurement circuit of a sensor with temporally separated channels // Measurement Techniques. 2014. Vol. 55, № 9. С. 978–983. doi:10.1007/s11018-012-0085-x
11. Arbuzov V. P., Mishina M. A., Vodovskova P. N. The use of phase division of the channels of measuring circuits to measure the parameters of multidimensional objects // Measurement Techniques. 2014. Vol. 57, № 6. С. 621–626. doi:10.1007/s11018-014-0508-y
12. Арбузов В. П., Мишина М. А., Балашова И. Ю., Ларкин С. Е., Водовскова П. Н. Определение параметров многомерных объектов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : сб. ст. XXXII Междунар. науч.-техн. конф. Пенза, 2017. С. 277–281.
13. Кузнецов Е. Н. Структурно-алгоритмические методы повышения точности измерения параметров электрических цепей : монография. Пенза : Инф.-изд. центр ПГУ, 2007. 171 с.
14. Митрофанов Г., Прийменко В. Основы и приложения метода Прони-фильтрации // Технологии сейсморазведки. 2011. № 3. С. 93–108.
15. Arbuzov V. P., Kalinina M. A. Piecewise continuous test signals in measuring circuits with time division multiplexing. Moscow. Workshop on Electronic and Networking Technologies, MWENT 2020. Proceedings. 2020. С. 9067432 doi:10.1109/ MWENT47943.2020.9067432