Повышение точности и помехозащищенности магнитострикционных преобразователей на основе DSP технологий

• Автор: Вдовин, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, ТОЧНОСТНЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Принципы построения магнитострикционных преобразователей положения.

1.2. Точностные характеристики магнитострикционных

преобразователей положения.

1.2.1. Статические характеристики

1.2.2. Систематические погрешности.

1.2.3. Случайные погрешности.

1.2.4. Дополнительные погрешности

1.2.5. Динамические характеристики.

1.3. Методы повышения точности.
1.3.1. Технологические методы повышения метрологических
характеристик i.
1.3.2. Принцип отражения ультразвуковой волны
1.3.3. Логомстрические и дифференциальные
магнитострикционные преобразователи положения
1.3.4. Модульное преобразование
1.3.5. Формирование временного интервала по экстремуму
сигнала считывания.
1.3.6. Применение микропроцессорного устройства
1.3.7. Помехоустойчивость магнитострикционных
преобразователей положения.
1.4. Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИГНАЛА С ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
2.1. Исследование причин возникновения случайной погрешности при обработке сигнала считывания.
2.1.1. Обобщенная структура измерительного тракта.
2.1.2. Определение составляющих случайной погрешности измерительного тракта и причин их возникновения.
2.1.3. Оценка составляющих случайной погрешности измерительного тракта.
2.2. Исследование спектральных свойств сигнала с первичного преобразователя
2.2.1. Исследование в одной точке диапазона преобразования положения.
2.2.2. Исследование по диапазону преобразования положения
2.2.3. Исследование влияния натяжения звукопровода
2.2.4. Исследование влияния параметров импульса тока записи
2.3. Исследование случайной погрешности преобразования с восстановлением сигнала с первичного преобразователя по стабильным гармоническим компонентам.
2.3.1. Случайная погрешность непосредственного преобразования.
2.3.1. Случайная погрешность логометрического преобразования.
2.4. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. МЕТОД УМЕНЬШЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ
3.1. Функциональная схема
3.2. Аппаратная реализация метода
3.2.1. Структурная схема измерительного тракта
3.2.2. Влияние шага дискретизации на точность преобразования положения.
3.2.3. Влияние разрядности АЦП
3.2.4. микропроцессоры
3.2.5. Быстродействующие АЦП
3.3. Алгоритм обработки сигнала и формирования результата преобразования
3.3.1. Основной алгоритм функционирования микропроцессора.
3.3.2. Оценка временных затрат на реализацию алгоритма функционирования микропроцессора и вычисление требуемого объема памяти
3.3.3. Алгоритмы идентификации полезного сигнала и связанные с ними затраты
3.3.4. Алгоритмы локализации и поиска главного экстремума. .
3.4. Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО
МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕГО РАБОТЫ.
4.1. Аппаратная реализация преобразователя.
4.1.1. Структурная схема микропроцессорного
магнитострикционного преобразователя положения
4.1.2. Применение гибридного микропроцессора
4.1.3. Формирователь импульса тока записи.
4.1.4. Предварительный усилитель
4.1.5. Антиэлайсинговый фильтр
4.2. Имитационное моделирование работы устройства
4.2.1. Построение имитационной модели в инженерной лаборатории 6.
4.2.2. Имитационное моделирование устройства.
4.3. Анализ эффективности метода уменьшения случайной погрешности
4.3.1. Анализ влияния мощных импульсных помех и шума на
преобразование положения
4.3.2. Оценка уменьшения величины случайной погрешности
4.3.3. Динамические характеристики
4.4. Выводы по четвертой главе.
Заключение
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Быстродействующие алгоритмы идентификации промахов и полезного сигнала. ГЛАВА 1. ПОЛОЖЕНИЯ. Основу магнитострикционного измерительного преобразователя МПП составляет механически плавно регулируемая ультразвуковая линия задержки с ферромагнитным проволочным, трубчатым или ленточным волноводом, возбуждение и считывание ультразвуковых импульсов в котором осуществляется магнитострикционным способом 1, 3, 5, , , , , , , 7, 2,7. Главными элементами МПП являются входной и выходной электроакустические преобразователи ЭАП, связанные общим звукопроводом. Процесс преобразования входного электрического сигнала в ультразвуковой, происходящий во входном ЭАП, основан на прямом магнитострикционном эффекте механическая деформация ферромагнетика при изменении его намагниченности, открыт Дж. Джоулем в г. Вторичное преобразование ультразвукового сигнала в электрический в выходном ЭАП основано на обратном магнитострикционном эффекте изменение намагниченности ферромагнетика при его деформации, открыт Э. Виллари в г на эффекте Виллари. V скорость распространения ультразвуковой волны по звукопроводу. В зависимости от используемого типа волнового движения возможны МПП на объемных и поверхностных акустических волнах ПАВ. ПАВ пока не нашли себе широкого применения в МПП, так как ПАВ практически i допускают бесконтактного возбуждения и считывания ультразвуковых колебаний затухание порядка Дб, то есть не позволяют построить механически плавно регулируемую линию задержки в большом диапазоне преобразования. В отличие от ПАВ возбуждение и считывание объемных волн возможно при наличии воздушного зазора. Среди объемных получили наибольшее распространение продольные волны благодаря технологичности и простоте конструкции измерительного преобразователя. А длина продольной звуковой волны, для которой определяется скорость. Базовая конструкция ультразвуковой линии задержки МПП на продольных волнах показана на рис. Первичный преобразователь содержит звукопровод 1, концы которого помещены в демпферы 2, входной ЭАП с катушкой возбуждения 3, выходной ЭАП с катушкой считывания 4 и постоянным магнитом 5. Выходной ЭАП сделан
1. Рис. Базовая конструкция ультразвуковой линии задержки МПП на продольных волнах. При подаче импульса тока возбуждения в катушку 3 на участке звукопровода 1 под катушкой вследствие эффекта Джоуля возбуждается продольная ультразвуковая волна, распространяющаяся в обе стороны по звукопроводу. Волна, распространяющаяся вправо, затухает в демпфере 2. ЭАП через время , пропорциональное положению х. Распространяясь далее, волна поглощается демпфером 2. Дисперсия скорости становится заметной, когда длина волны распространяющихся колебаний равна и меньше диаметра звукопровода. В применяемых звукопроводах МПП Упр составляет в среднем мс. В последнее время в МПП стали широко использоваться также и крутильные волны. При эскизном проектировании МПП на крутильных волнах скорость крутильных волн может быть принята равной мс. Базовая конструкция МПП на крутильных волнах представлена на рис. Рис. Базовая конструкция ультразвуковой линии задержки МПП на крутильных волнах. Подвижным элементом МПП этого типа является постоянный магнит 3, а импульс тока возбуждения подается непосредственно в звукопровод 1. Вокруг звукопровода образуется круговое магнитное поле, которое взаимодействует с продольным магнитным полем постоянного магнита. В результате этого, магнитное поле в зоне взаимодействия изменяется скачком и, вследствие прямого магнитострикционного эффекта эффекта Видемана, в звукопроводе возникает крутильная ультразвуковая волна, распространяющаяся по звукопроводу и гасящаяся в демпферах 2. Дойдя до катушки считывания 4, ультразвуковой импульс преобразовывается в электрический, и на выходе МПП формируется временной интервал, пропорциональный положению. Скорость распространения упругой волны по звукопроводу, изготовленному из прецизионных дисперсионнотвердеющих сплавов на основе никеля, является постоянной величиной, что определяет линейность функции преобразования 1. МПП.