Методы и средства функционального преобразования импульсно-аналоговых сигналов в измерительных системах с частотными датчиками

• Автор: Локтюхин, Виктор Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 333 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Функциональноструктурная организация

микропроцессорных систем сбора и первичной обработки

импульсноаналоговых сигналов, как основы измерительной

1.1. Состав и структура взаимодействия МПС обработки информации с объектом контроля или управления, ее типовые задачи
1.2. Функциональноструктурный подход к проектированию МПС сбора и первичной обработки импульсноаналоговых сигналов
1.3. Методологические основы организации микропроцессорной измерительной системы с частотными датчиками, принципы формирования ес функциональных задач
1.4. Примеры анализа и математических моделей погрешностей частотных датчиков, функциональные задачи по их коррекции.
1.5. Основные показатели качества измерительновычислительных средств обработки частотных сигналов, направления исследований с целью повышения их метрологических характеристик.
1.6. Принципы технической реализации элементарных оператороз преобразования частотно и врсмяимпульсной информации
1.7. Выбор методов функциональной и структурной
организации МПС сбора и обработки измерительной информации в виде частотновременных параметров сигналов.
1.8. Методы организации вычислительных процессов в МПСОИ
при взаимодействии процессора с подсистемами преобразования и вводавывода, их анализ.
1.9 Принципы организации многоканальных МС сбора и
первичной обработки импульсноаналоговых енгнатов
1. Методы организации вычислительных процессов в многоканальных ФПИ и МПСОИ для различных методов преобразования и опроса измерительных данных, их анализ.
1. Основные выводы и результаты.
Глава 2. Микропроцессорные функциональные преобразователи
импульсноаналоговой информации
2.1. Методы аппроксимации, применяемые при функциональном преобразовании импульсноаналоговых сигналов
2.2. Функциональнологическая организация ФГШ аппроксиматоров, их функции.
2.3. Структурноалгоритмическая организация ФПИ аппроксиматоров.
2.4. Методика отображения функций Ф1Ш на операционные средства МПСОИ, как основа синтеза структур
вычислительных преобразователей
2.5. Типичные модели функциональных преобразователей с аппаратнопрограммной организацией
2.6. Методы построения линейных и функциональных преобразователей частоты в код с аппаратной реализацией функции преобразования Флр
2.7. Структурноалгоритмические методы повышения производительности микропроцессорных линейных
и функциональных преобразователей частоты в код
2.8. Методы построения микропроцессорных преобразователей временного интервала в коде аппаратнопрограммным выполнением операции функционального преобразования информации
2.9. Методы построения микропроцессорных преобразователей
с программной реализацией функции преобразования
2. Исследование динамических и статических характеристик микропроцессорных ФПИ на основе временных графов
2. Принципы программной реализации метода прямою преобразования частоты в код
2. Методы построения МФПИ с аппаратнопрограммной реализацией функции преобразования в режиме прерываний
2. Примеры заданий на разработку адаптеров и модулей ФПИ УСО для МПС сбора и первичной обработки импульсноаналоговых сигналов. Последовательность их
разработки
2. Основные выводы и результаты.
Глава 3. Методы, алгоритмы и средства, ориентированные на
повышение метрологических характеристик измерительных систем с частотными датчиками на примере резонансных измерений
2 Методологические основы разработки структур и
алгоритмов обработки информации в микропроцессорных измерительных системах с частотными датчиками
3.2. Выбор методов аппроксимации и разработка алгоритмов определения наилучших приближений при линеаризации характеристик частотных датчиков
3.3. Методы и алгоритмы компенсации влияния неинформативных параметров резонансных датчиков на точность измерения.
3.4. Линеаризация разрывных характеристик многосскционных резонансных датчиков.
3.5. Методы и средства преобразования и первичной математической переработки сигналов с резонансных датчиков.
3.6. Основные положения структурноалгоритмических методов улучшения метрологических характеристик И С с радиолокационными датчиками уровня.
3.7. Методика анализа инструментальной погрешности вычислительных преобразователей и е учет в результирующей погрешности измерения на примере резонансных уровнемеров.
3.8. Основные выводы и результаты.
Глава 4. Применение методов и средств функционального
преобразовании импульсноаналоговых сигналов в
измерительных системах. Средства поддержки разработ ки.
4.1. Варианты подмножеств функциональных зачач частотных измерительных систем различного назначения.
4.2. Внедрение и использование вычислительных преобразователей в СИУ с частотными датчиками
4.3. Вычислительные преобразователи для уровнемеров с резонансными и радиолокационными датчиками.
4.4. Средства отладки МПС сбора и первичной обработки измерительных данных с частотных датчиков уровня
4.5. Микроконтроллер декодер для лазерного считывателя штриховых кодов.
4.6. Разработка программного и учсбномстодичсского обеспечения для изучения микропроцессоров и вопросов проектирования МПС
4.7. Основные выводы и результаты
Заключение.
Приложения.
Список литературы


Подставляя Д, и Р, в формулу 1. ДвгНпш0,2, а ДгН 1,1. Табл. Тарировочная характеристика РН датчика уровня 1. Таким образом, как следует из анализа ошибок ДеН тьх, даже незначительное отклонение всего на 5 приводит к погрешности в измерении уровня, составляющей около . Такая высокая чувствительность к изменению объясняется, во многом, значительной крутизной характеристики датчика Рк,Н. Для коррекции влияния с на показания уровнемера следует реализовать специальные алгоритмы компенсации, например, в виде дифференциальных и логометрических зависимостей. Поэтому одной из задач, которую должны выполнять его вычислительные средства, является компенсации влияния погрешности ДСР датчика от изменения электрофизических свойств среды на показания прибора. Аналогичным образом на основе анализа тарировочных характеристик по различным параметрам можно для измерительного канала выделить следующие типичные составляющие а д систематической погрешности резонансного датчика. Погрешность ЛхРХ от нелинейности характеристики датчика. Анализ характеристик 1. ДхРХХМгХ, 1. Мр масштаб преобразования, МрРГОХХтах. Данная систематическая порсшность имеет сложную зависимость от X и является детерминированной для конкретного датчика при фиксированных значениях о, 0,,, Дт0. Поэтому ее часто описывают не в виде отдельной составляющей ДхРХ погрешности, а в виде нелинейной тарнровочной характеристики идеального датчика
РгЧХ1у. Погрешность ДрР от влияния диэлектрической щюницаемости с или электропроводности о контролируемой среды. Анализ тарировочных характеристик датчиков для измерения К. Н и О свидетельствует о сильном влиянии электрофизических параметров е или электропроводности о на изменение значения Р, которое можно оценивать систематической погрешностью ДгР от влияния у,е б, е. Погрешность ДрГ от влияния диэлектрической проницаемости смр или ег окружающей среды. Данную составляющую следует учитывать, например, при измерении уровня криогенных сред в резервуарах значительной высоты м и боле, а также при измерении геометрических размеров изделий. Эта погрешность медленно изменяется во времени I и, как правило, вызывается технологическими процессами старения тех или иных аналоговых элементов резисторов, конденсаторов, а также налетами измерительной среды на конструкцию отрезков длинной линии, как чувствительного элемента датчика. Погрешность Ли модуляции выходного сигнаю Р1 датчика. Он заключается в модуляции по определенной форме, например пилообразной, синусоидальной, или по случайному закону частоты ДцДчС около среднего значения 1 для формирования устойчивого резонанса. Для анализа причин погрешностей, связанных с модуляцией выходного сигнала ИДт 1 , рассмотрим принцип построения резонансного датчика рис. Рис. Структура односекционного резонансного датчика, а. В состав датчика входят собственно измерительный контур в виде чувствительного к изменению уровня ЬСэлемента ЧЭ и экстремальный регулятор ЭР, который осуществляет поиск и слежение за экстремумом резо
нансньх кривых частотного датчика . В отличии от известных аналоговых ЭР 1, предлагаемый в работе , а. РС, цифровой управляемый генератор частоты ГУЧ и блок выделения резонанса БВР, выступающий в качестве нульоргана. Дополнительно в состав ЭР также часто включают нормирующий делитель НД с коэффициентом деления Кд, который производит деление частоты Р, до максимально возможных значении тактовой частоты работы цифровых элементов вычислительного преобразователя с представлением на его входе частотного сигнала в виде последовательности прямоугольных импульсов со средней частотой их следования, равной Р КЛ. Работа датчика поясняется временными диаграммами, приведенными на рнс. Рис. Начиная с момента и до момента Ч, ЭР осуществляет в течение интервала поиск экстремума резонанса, увеличивая частоту возбуждения Р, датчика по линейному закону рис. Рр0Н,еРчРа, ЭР переходит в режим слежения за резонансом. При этом он всегда находится в режиме рыскания, формируя числоимпульсные последовательности Дп и Дп. ДмРДРя п2хТр. Р.аПмДмР.