Метод скользящей гистограммы при метрологических испытаниях цифровых измерительных модулей информационно-измерительных систем

• Автор: Абрамов, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ И ОЦЕНИВАНИЯ ТОЧНОСТИ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
1Л Основные определения и характеристики
1.2 Функция преобразования и статические характеристики ЦИМ
1.2.1 Разрешающая способность и точность ЦИМ
1.2.2 Статические характеристики ЦИМ
1.3 Нормативная база метрологического обеспечения ЦИМ и АЦП
1.4 Анализ методов экспериментального определения статических характеристик ЦИМ и АЦП
1.4.1 Гистограммный метод
1.4.2 Оценка погрешностей гистограммного метода
1.5 Выводы
Глава 2. МЕТОД СКОЛЬЗЯЩЕЙ ГИСТОГРАММЫ
ПРИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОМ ИСПЫТАНИИ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИМ
2.1 Методы поиска границ амплитудного диапазона ЦИМ
2.2 Метод скользящей гистограммы при контроле статических характеристик ЦИМ
2.3 Оценка погрешностей метода скользящей гистограммы
2.4 Система метрологического испытания статических характеристик прецизионных ЦИМ по методу скользящей гистограммы
2.5 Выводы
Глава 3. ПРОГРАММНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИМ
3.1 Принципы построения модели системы метрологического испытания
3.2 Модель системы метрологического испытания по гистограммному методу и его дальнейшему развитию методу скользящей гистограммы
3.3 Исследование модели системы метрологического испытания
3.4 Выводы
Глава 4. АППАРАТНО-ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА СКОЛЬЗЯЩЕЙ ГИСТОГРАММЫ
4.1 Вводные замечания
4.2 Система метрологического испытания на основе метода скользящей гистограммы
4.3 Плата сбора данных № РС1е-6
4.4 Вспомогательный соединительный модуль В1ЧС-2
4.5 Метрологическое испытание канала аналогового ввода
№ РС1е-6321 по методу скользящей гистограммы
4.6 Проверка адекватности метода скользящей гистограммы
4.7 Выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Копии актов внедрения результатов исследования, патент и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Раздел метрологии, связанный с обеспечением единства измерений, на сегодня является одним из достаточно консервативных разделов в технической области. С одной стороны, это и понятно, ибо задача поддержания точности и единства измерения требует большой тщательности, а с другой - это приводит порой к увеличению трудоемкости и дороговизны метрологических испытаний. К этому следует добавить, что сами испытываемые средства стали настолько сложными, что традиционные способы метрологического испытания к ним применить зачастую невозможно. К таким объектам повышенной сложности, несомненно, можно отнести информационно-измерительные системы (ИИС), построенные на базе ансамбля цифровых измерительных модулей (ЦИМ).
На сегодняшний день проведение отдельных видов метрологических испытаний ЦИМ ИИС производится путем создания специализированных комплексов, оснащенных автономными, разнотипными измерительными и вспомогательными устройствами, объединенных различными каналами связи. Данные обстоятельства способствуют возникновению неучтенных методических погрешностей измерений и в целом снижению точности и достоверности полученных результатов измерений. Способ управления процессом испытаний, как правило, ручной, что может быть причиной появления грубых погрешностей (промахов), вызванных в том числе «человеческим фактором». Поэтому автоматизация метрологического контроля и испытания данных средств измерений (СИ) стала важной составляющей их использования.
К наиболее важным метрологическим характеристикам относят точность и быстродействие. Первую из них обычно определяют через статическую погрешность, а вторую - через динамическую.
Основные характеристики ЦИМ ИИС, представляющие интерес при метрологическом испытании, это: функция преобразования (ФП), напряжение межко-дового перехода, интервал квантования, дифференциальная нелинейность (ОМЬ), интегральная нелинейность (ШЪ), зона неопределенности напряжений межкодо-вых переходов, монотонность ФП, аддитивная и мультипликативная погреш-

кретизации АЦП привели к росту шума его кодовых переходов, что обусловлено фундаментальными физическими законами работы схем. Несмотря на то, что сегодня доступны 12-, 14-, 16-, 18- и даже 24-разрядные АЦП с низким уровнем шума, его размах, зачастую превышает 1 ч-З или более ЬБВ.
Из-за потребности в высокоскоростном автоматизированном методе испытания, подходящем для измерения БЫЬ и ПЧЬ любых АЦП, независимо от уровня шума, наиболее распространенным на сегодняшний день стал гистограммный метод (метод плотности кодов) [25].
1.4.1 Гистограммный метод
Гистограммный метод тестирования АЦП заключается в накоплении большого количества оцифрованных отсчетов входного сигнала с известной плотностью вероятности за определенный период времени. ФП АЦП определяется при помощи статистического анализа отсчетов. Распространенным ОИС для гисто-граммного метода стал линейно изменяющийся (на практике используется треугольный) сигнал, слегка выходящий за пределы входного диапазона АЦП. Для треугольного входного сигнала собирается большое количество отсчетов и подсчитывается количество выпадений каждого кода. Если АЦП не имеет погрешностей и ШЦ то все коды имеют равную вероятность появления (за исключением граничных кодов, состоящих из одних нулей и одних единиц), и в каждом кодовом интервале должно быть одинаковое число отсчетов.
На рисунке 1.4.6 показана типичная схема по гистограммному методу. На вход АЦП подается линейный треугольный сигнал, слегка перегружающий его. Частота сигнала должна быть достаточно низкой, чтобы АЦП не вносил динамических ошибок, и не должна быть субгармоникой его частоты дискретизации. Для кодов от 1 до 2К-2 собирается 8 отсчетов. Число отсчетов «переполнения», соответствующих попаданиям в интервалы кодов из одних нулей (код 0) и одних единиц (код 2к-1), не включается в 8, но прибавляется к полному требуемому числу отсчетов. Поэтому сигнал нужно отрегулировать таким образом, чтобы число переполнений было не больше, чем необходимо для гарантии того, что АЦП доста-