автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Формирователь сигнала параметрических датчиков "токовая петля" и его применение в высокоточных измерительных и управляющих системах

На нравах рукописи

ПЫЛЬСКИЙ Виктор Александрович

ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ «ТОКОВАЯ ПЕТЛЯ» И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ВЫСОКОТОЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2008

003460036

Работа выполнена в ГОУ ВГЮ «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Львов Алексей Арлейович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Игнатьев Александр Анатольевич

кандидат технических наук Семёнов Владимир Константинович

Исдущая организация:

- ОАО «Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры»

(ЦНИИИА, г. Саратов)

Защита состоится 3 декабря 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.08 при ГОУ ВПО «Саратовский государстаенпый технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «3*í» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационног о совета

Терентьев А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Точное знание текущего состояния физического объекта и значений параметров, характеризующих протекающие в нем процессы - необходимое условие корректного и качественного функционирования любой технической измерительной или управляющей системы. Точность получаемой измерительной информации определяется характеристиками применяемого первичного преобразователя (датчика) и устройства, обеспечивающего согласование выходного сигнала датчика с устройством обработки информации - формирователя сигнала датчика.

В современных высокоточных измерительных и управляющих системах применяются как генераторные, так и параметрические датчики. Последние находят более широкое применение ввиду их высокой чувствительности и помехоустойчивости.

Существующие формирователи сигнала параметрических датчиков в силу таких существенных недостатков, как нелинейность статической характеристики, не обладают достаточной точностью, а их высокоточные варианты представляют собой дорогостоящие устройства. Анализу этой проблемы посвящены работы Ю.Р. Агамалова, Н.Д. Дубового, В.Ю. Кнеллера, П.П. Орнатского, K.F. Anderson, D.M. Prcethichandra. В связи с этим актуальна задача создания нового метода формирования сигнала параметрических датчиков и устройств-формирователей на его основе, обладающих, наряду с высокой точностью и универсальностью, низкой стоимостью.

Целью работы является: повышение точности измерений, производимых параметрическими датчиками, путем разработки нового метода формирования сигнала параметрических датчиков и специализированных оптимальных алгоритмов обработки измерительной информации, при снижении стоимости устройства формирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

1) проанализировать особенности формирования сигнала параметрических датчиков, рассмотреть применяемые методы и определить их недостатки, на основе анализа недостатков сформулировать требования к новому методу формирования сигнала;

2) разработать высокоточный метод формирования сигнала параметрических датчиков и принципы построения аналоговых и цифровых формирователей на его основе; разработать непрерывную и дискретную математические модели этих формирователей;

3) разработать оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации, специализированные для применения с новым формирователем сигнала и обеспечивающие повышение точности результатов измерения;

4) рассмотреть аспекты практического применения нового метода в современных измерительных и управляющих системах.

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяются корректностью и строгостью применяемых уравнений теории электрических целей, методов математической статистики, теории планирования оптимальных экспериментов, а также соответствием полученных экспериментальных данных результатам теоретических исследований.

Научная новизна работы:

1. Разработан высокоточный метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля», позволяющий создавать формирователи, отличающийся от известных линейностью статической характеристики; независимостью результатов измерения от сопротивления проводников, соединяющих датчик с формирователем сигнала; возможностью обработки сигналов датчиков с различным характером импеданса.

2. Разработаны принципы построения аналоговых и цифровых формирователей сигнала параметрических датчиков на основе метода «токовая петля».

3. Разработаны математические модели указанных формирователей в непрерывной и дискретной формах, позволяющие учитывать эти формирователи в модели объекта управления при синтезе системы автоматического управления.

4. Разработаны специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации, предназначенные для работы с формирователем сигнала параметрических датчиков «токовая петля» и повышающие точность результатов измерений.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» позволяет создавать высокоточные, а также отличающиеся низкой стоимостью формирователи для обработки сигналов широкого класса параметрических датчиков с различным характером импеданса, что отвечает требованиям современных высокоточных измерительных и управляющих систем.

2. Полученные математические модели формирователей сигнала «токовая петля» подтверждают линейность статической характеристики и независимость выходного сигнала от сопротивления соединительных проводников.

3. Разработанные специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации более чем на порядок повышают точность результатов измерений, получаемых с применением формирователя сигнала «токовая петля», и позволяют оценить погрешности, вносимые неидеальными характеристиками реальных элементов устройства.

4. Результаты проведенных экспериментальных исследований и внедрение в производственные процессы подтверждают достоверность теоретических выкладок.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» и оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации применены при разработке в ООО «Юник Ай Сиз» интегральной микросхемы четырехканального цифрового регулятора SJiRVO CTRL для прецизионной системы автоматического управления позиционированием узлов оптических считывающих устройств.

Разработанный метод «токовая петля» применен в ООО НПП «ЭЛЕМЕР» при создании высокоточной автоматизированной системы поверки датчиков температуры.

На базе ООО НПК «Нсста» разработан и изготовлен универсальный RLC-измеритель ФСТП —ОЗЦ на основе метода формирования сигнала «токовая петля» и разработанных оптимальных алгоритмов обработки измерительной информации.

Универсальный RLC-измеритсль ФСТП - ОЗЦ был внедрен в учебный процесс на кафедре технической кибернетики и информатики ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Соответствующие акты внедрения прилагаются к диссертационной работе.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: XVII, XIX, XX, XXI Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Кострома, 2004 г.; Воронеж, 2006 г.; Ярославль, 2007 г., Саратов, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2004 г.), 2-й Всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (Пятигорск, 2004 г.), 2-й Международной научной конференции «Аналитическая теория автоматического управления и ее приложения» (Саратов, 2005 г.), 23г IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (Sorrento, Italy, 2006), 25th IEEE Conference on Precision Electromagnetic Measurements (Turin, Italy, 2006), Международной научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика» (Пятигорск, 2006 г.); па научных семинарах кафедры технической кибернетики и информатики ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 - в зарубежных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 126 наименований, приложения. Работа содержит 164 страницы основного текста, включая 44 рисунка, 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, дана общая характеристика результатов исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена постановка задачи формирования сигнала параметрических датчиков. Показано, что она является более сложной по сравнению с задачей формирования сигнала генераторных датчиков, так как требует решения дополнительной задачи возбуждения (питания) измерительной цени.

Рассмотрены применяемые в настоящее время методы формирования сигналов параметрических датчиков: мостовые, нотенциометрические, генераторные, резонансные, временные. Выявлены их общие существенные недостатки (нелинейность статической характеристики; зависимость выходного сигнала от сопротивления проводников, соединяющих датчик с формирователем; сложность создания универсального измерительного модуля), снижающие точность и затрудняющие их применение в современных высокоточных измерительных и управляющих системах. Также отмечено, что для данной задачи практически не разрабатываются специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации.

Вторая глава посвящена разработке нового метода формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля», построению формирователей на его основе и их математическим моделям.

В первом параграфе главы на основе анализа недостатков существующих методов формирования сигнала сформулирован перечень требований к новому методу. Среди них - линейность статической характеристики, независимость результатов измерения от сопротивления соединительных проводников, возможность обработки сигналов широкого класса датчиков с различным характером импеданса (универсальность).

Во втором параграфе рассмотрена структура формирования сигнала параметрических датчиков методом «токовая петля» (рис. 1), представлены принципы функционирования и основные математические уравнения, описывающие ее работу.

Основу метода (рис. 1) составляет питаемый источником (в общем случае переменного) тока замкнутый измерительный контур, в который последовательно включены параметрический датчик, подвергаемый воздействию измеряемой величины, и опорный элемент, дифференциальные падения напряжений на которых сравниваются с помощью устройства сравнения дифференциальных напряжений (УСДН), выполняющего функцию вычитания напряжений и обладающего высоким входным сопротивлением и большим коэффициентом подавления синфазных сигналов.

методом токовой петли

Импеданс параметрического датчика '/?{(), одна (резистивная, емкостная, индуктивная) или несколько составляющих которого являются рабочим параметром датчика, представляется в виде двух составляющих:

(1)

где - постоянная составляющая импеданса, характеризующая датчик в отсутствие воздействия измеряемой величины; [Х^)] - изменение импеданса датчика под воздействием измеряемой величины^)-

Импеданс опорного элемента 7РП в общем случае может быть любым, что придает методу свойство универсальности, однако оптимальным является выбор значения этого импеданса максимально близким к начальному импедансу датчика:

(2)

Блок вычитания дифференциальных напряжений образован измерительным каналом, опорным каналом и цифровым устройством обработки и сравнения напряжений. Выходные напряжения измерительного и опорного каналов - канальные сигналы.

Измерительный канал — аналоговый узел, выходным сигналом которого является усиленное с коэффициентом к\ дифференциальное падение напряжения на датчике образованное в результате возбуждения последнего током 1®ит (?) источника питания измерительного контура. Измерительных каналов может быть несколько, в соответствии с количеством включенных в цепь возбуждения исследуемых элементов - параметрических датчиков. Опорный канал - аналоговый узел, выходным сигналом которого является усиленное с коэффициентом кг дифференциальное падение напряжения на опорном элементе 11°а({).

Выходной сигнал УСДН иЦых (?) формируется как разность напряжений измерительного и опорного каналов:

и^Жид{^к2и0П(0. (3)

Выражения (1) - (3) являются основными уравнениями метода формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля».

Структурная схема формирователя сигнала параметрических датчиков на базе метода «токовая петля» (ТП) представлена на рис. 2.

г—С

к

Щз

Чг

г?жгА) ^

уот :

70П

уои

■гОЛ ■ №2 _Г---!

уОП №4

+ ил® УСДН

Ц&хЮ

+

иоп(0

-

Рис. 2. Структурная схема формирователя сигнала «токовая петля»: УСДН - устройство сравнения дифференциальных напряжений

В случае удаленного расположения параметрического датчика от формирователя сигнала его подключение осуществляется посредством четырех проводников 7,(!}х - . Эти проводники характеризуются паразитными для задачи формирования сигнала датчика собственными сопротивлениями.

Опорный элемент, обладающий импедансом может' быть подключен к формирователю сигнала «токовая петля» двумя способами. Первый заключается в расположении опорного элемента в блоке формирования сигнала. В этом случае проводники, соединяющие опорный элемент с формирователем, имеют минимальную длину, и их сопротивлением можно пренебречь. Второй способ подключения опорного элемента позволяет компенсировать влияние факторов окружающей среды на результат измерения. Это достигается путем использования в качестве опорного элемента датчика, эквивалентного основному, и расположения его в непосредственной близости от зоны измерений таким образом, чтобы измеряемая величина не воздействовала на него. При этом на опорный элемент, как и на основной датчик, будут воздействовать факторы окружающей среды, вызывающие одинаковое отклонение выходного сигнала у обоих датчиков, которое компенсируется в УСДН в результате дифференциальной обработки измерительных сигналов. При таком способе подключения опорного элемента требуется четырехпроводное соединение посредством проводников ~ , также характеризующихся паразитным сопротивлением.

Вследствие протекания тока 1цИТ (V) по измерительному контуру, состоящему из параметрического датчика с импедансом 2я и опорного элемента с импедансом на указанных элементах образуются падения напряжений £/(7) и II0"которые по измерительным проводникам 2$3, и , 2^1 соответственно подаются на дифференциальные входы измерительного и опорного каналов УСДН, осуществляющего обработку сигналов в соответствии с выражением (3). Подставляя в (3) выражение для импеданса датчика (1) и закон Ома, получаем функцию зависимости выходного напряжения формирователя сигнала «токовая петля» от изменения рабочего параметра импеданса датчика

= +Л7^{г)\1Гшт(г)Уф01'-Сг(0]. (4) Если к условию (2) равенства импеданса опорного элемента начальному импедансу датчика добавить условие равенства коэффициентов усиления измерительного и опорного каналов:

К -кг-К, (5)

то выражение (4) для выходного напряжения формирователя примет вид:

ифвых{^К-1Гшг(!).А2Х(1). (6)

Выражение (6) при выполнении условий (2) и (5) является основным уравнением формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля» в режиме измерения отклонения импеданса А2Д (¿:) датчика от его начального импеданса 2§. Оно демонстрирует важнейшие отличия формирователя «токовая петля» от мостового формирователя, характеристика которого имеет вид /$.1А2Я2$], - линейность и независи-

мость выходного сигнала от сопротивления соединительных проводников.

Основное уравнение формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля» (б) демонстрирует возможность определения отклонения рабочего параметра датчика А2Д от значения его начального импеданса 2§. Наравне с этим, рассматриваемый формирователь сигнала «токовая петля» обладает возможностью осуществления измерения отношений, позволяющей оценить значение полного импеданса ¿г включенного в измерительный контур датчика или элемента. Для этого в УСДН. вводится возможность вычисления отношения поступивших на ег о входы напряжений:

^шШ, (7)

к-2 [2 • I пит (')]

где и^цх™ (?) - выходное напряжение УСДН, реализующего режим измерения отношения напряжений.

Принимая (5) и сокращая величину 1цит^)>из (7) можно получить:

гЩ-гГ.иГЯ»®. (8)

тгФ-ОТН ( и вых

Выражение (8) является основным уравнением формирователя сигнала «токовая петля» в режиме измерения полного импеданса.

Далее рассмотрены варианты реализации УСДН: аналоговый и цифровой. Для этих вариантов получены математические модели в виде непрерывных и 2-передаточных функций для использования в задачах синтеза систем автоматического управления.

Третьи глава посвящена разработке оптимальных алгоритмов обработки информации, специализированных для работы с формирователями ТП и обеспечивающих повышение точности результатов измерений. В частности, разработаны следующие алгоритмы:

1) оценка параметров выходных канальных сигналов ТП при работе с источником переменного тока синусоидальной формы;

2) оценка параметров выходных канальных сигналов ТП при работе с источником постоянного тока, модулированного периодическим сигналом прямоугольной формы (меандром);

3) оценка параметров выходных канальных сигналов ТП при работе с источником переменного тока, частота сигнала которого нестабильна;

4) совместная оценка параметров выходных канальных сигналов ТП при работе с источником переменного тока, частота сигнала которого нестабильна, с использованием выборок обоих каналов.

В первом случае оцифрованные выходные сигналы измерительного и опорного каналов формирователя сигнала ТП описываются выражением:

и,=и^,) = А5т(щ + р)+В + Л1, /»ЦУ, (9)

где А - амплитуда исследуемого сигнала; аз - круговая частота возбуждающего контур тока; (р - фаза сигнала; В - паразитная систематическая составляющая сигнала, обусловленная наличием постоянных смещений элементов измерительного устройства; - шумы измерений, обусловленные наличием шумов электронных компонентов и помех, действующих на исследуемые элементы и измерительное устройство; г,- - дискретные моменты времени; Лг- объем выборки.

Оценке подлежат неизвестные параметры А, В и (р, по которым определяются значения импедансов датчика и опорного элемента. Задача решена методом наименьших квадратов (МНК) после линеаризации (9), полученная оценка является оценкой максимального правдоподобия (ОМП).

Во втором случае канальные сигналы описываются выражением вида: и^и((1)=А£({1)+В + 11, г = ЦУ, (Ю)

где £(*,) - закон модуляции петлевого тока. Оценке подлежат параметры А, В. Задача решена по МНК аналогично предыдущему случаю.

В третьем случае канальные сигналы описываются выражением вида:

+ + (11) где й?0 - центральная круговая частота возбуждающего контур тока; V — частотная модуляционная составляющая, обусловленная нестабильностью

генератора. При этом предполагается, что |v/<h0| 0,01. Задача поиска оценки параметров сигнала А, В, (pis. к решена в классе ОМП путем линеаризации (11) и применения итерационного алгоритма, учитывакнцего ограничения на область значений оцениваемых параметров.

В четвертом случае производится совместная оценка параметров сигналов измерительного S и опорнох'о R каналов. В этом случае вместо оценки восьми параметров (по четыре - А, В, ç и у- для каждого из двух каналов) путем применения двух итерационных алгоритмов предлагается совместно оценивать семь параметров (Л5, Bs, qf, A11, BR, çf и v) с помощью одного итерационного алгоритма. После следующей замены переменных:

(12)

(ху -х* = ху/,у' = 1,5, : = 1,ЛГ), система (11) линеаризуется относительно новых оцениваемых параметров ..., и может быть представлена в матричном виде и - Х<2 + Л, где вектора оцениваемых параметров Ц, результатов измерений II, шумов измерений Л и матрица плана эксперимента X имеют следующий вид:

о=[#„..., , с=>.», ! и?> •••> иы1>л - > ■■•» ^ ! лл» •••> яг.

Хц Хд) X<;

= AS œsçs Ч6 ^ARœs<ps xu = SHK»0Î(

Чг = AS sinç>s <?7 = Ar sinç>s X2i = COS û)ati

Чг 4s = A*vcosç>s X3i — tj cos coQtl

44 ^•Vsinç?5 49 = ARvsin<ps X4I = —tt sin aati

Чь = BS Чю XSi = 1

х=

о" Тх*

XS=XR =

А 41

хгы Х1Я ,X4N X5N_

(13)

3. Шч^ЧпЧъ,

,(14)

При этом переменные qu ..., ^ю связаны ограничениями вида:

<¡1+92 Чб+Чт'

Задача поиска ошжмальной оценки максимального правдоподобия вектора оцениваемых параметров О, при наличии нелинейных ограничений (14) решается путем их линеаризации относительно ошибок оценивания = + А?,, I = 1,10. При этом система уравнений приобретает вид:

Аи = ХА2 + Л, (15)

где • = ]Г, Аи~11-Хй, (16)

и может быть решена с помощью итерационного алгоритма вида:

= -{хтх)А(¿1,[с^(хтхУ01,}'С^лй^, к = (17)

где С-матрица линеаризованной системы ограничений (14).

С применением положений теории планирования экспериментов разработан алгоритм выбора частоты дискретизации сигналов ТП, при котором объем дисперсионного эллипсоида ошибок оценивания достигает минимального значения, а оценки параметров сигнала становятся максимально точными. При этом матрица, плана .эксперимента X становится ортогональной но столбцам, а сам план - Б-оптимальным. При этом частота дискретизации выбирается в соответствии со следуюхцим выражением:

Fd=N<aJ2nm, (18)

где тп - целое число, не кратное N12 (Ы - число отсчетов в выборке), причем РЛ >, й)шх / к, где 0ШХ ~ максимальная круговая частота спектра исследуемого сигнала.

В заключительном параграфе главы приведены результаты численного моделирования разработанных оптимальных алгоритмов обработки измерительной информации. В частности, на рис. 3 приведен график зависимости величины детерминанта дисперсионной матрицы Д? от частоты дискретизации РЛ при N — 50, демонстрирующий соответствие результатов моделирования выражению (18), а также отражающий равенство точности оценивания параметров при любом отвечающем (18) значении т.

хю"

Рис. 3. График зависимости величины детерминанта дисперсионной матрицы £>$ от частоты дискретизации Ра нриЛг= 50

Результаты моделирования зависимости суммы квадратов ошибок оценивания от объема выборки Ы, изменяемого в диапазоне от 20 до 100 отсчетов, представлены в виде графика на рис. 4. График демонстрирует нелинейное увеличение точности оценивания параметров сигнала с ростом объема выборки N. Также получены результаты, демонстрирующие линейность зависимости суммы квадратов ошибок оценивания от величины дисперсии шума входного сигнала.

Рис. 4. График зависимости суммы квадратов ошибок оценивания Я,,, от объема

выборки N

Проведено сравнение точности оценки параметров сигнала (11) с помощью разработанных оптимальных алгоритмов, с точностью определения этих параметров прямым измерением выходных напряжений ТО. Средняя по результатам 1000 измерений погрешность оценки параметров во втором случае составила 1,75%, тогда как применение разработанных алгоритмов уменьшило эту величину до 0,06%, то есть более чем на порядок.

В четвертой главе рассмотрены вопросы практического применения формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля». Разработана классификация прилоясений (рис. 5), для которых применение формирователя ТП позволяет решить задачи, вызывающие затруднения при использовании ныне существующих методов формирования сигнала.

Рис. 5. Классификация приложений токовой петли

Далее рассматриваются принципы применения формирователя «токовая петля» в распределенных измерительных и управляющих системах, характеризующихся наличием нескольких однотипных датчиков. В этом случае формирователь сигнала ТП содержит п измерительных и один

опорный канал (рис. 6). На основе подходов, изложенных в главе 3, разработаны оптимальные алгоритмы совместного оценивания параметров канальных сигналов с оценкой частоты возбуждающего измерительный контур генератора.

В завершение главы приводятся результаты внедрения метода формирования сигнала «токовая петля» в производственные процессы. Внешний вид разработанных устройств приведен на рис. 7. Акты внедрения прилагаются к диссертационной работе.

ADC/MCÜ

Рис. б. Формирователь сигнала «токовая петля» в распределенных системах

MUX

в) г)

Рис. 7. Внедрение результатов работы в производственные процессы: а - интегральная микросхема 4-канального прецизионного цифрового регулятора SERVO CTRL (ООО «Юник Ай Сиз»); б - плата прецизионной САУ позиционирования

узлов механизма оптического считывающего устройства (ООО «Юник Ай Сиз»); в - модуль высокоточной автоматизированной системы поверки датчиков температуры (ООО ИПП «ЭЛЕМЕР»); г - универсальный RLC-измеритель ФСТП- ОЗЦ (ООО НПК «Неста»)

Метод формирования сигнала «токовая петля» и разработанные оптимальные алгоритмы обработки сигналов применены при разработке интегральной микросхемы 8ЕКУО_СТЛЬ (ООО «Юник Лй Сиз», рис. 7,а) и цифровой системы автоматического управления позиционированием узлов механизма оптического считывающего устройства (рис. 7,6). Это позволило установить ошибку слежения не более Нп0,05 мкм в полосе регулирования от 10 Гц до 2 кГц при максимальном размахе внешних возмущений 300 мкм. Подавление внешних возмущений в полосе частот регулирования составило 70 дБ с точностью порядка 12 двоичных разрядов.

Испытания разработанной в ООО НГШ «ЭЛЕМЕР» на базе формирователя сигнала «токовая петля» высокоточной автоматизированной системы поверки датчиков температуры (рис. 7,в) показали точность измерения сопротивления Яд датчика температуры на уровне 5 мОм с разрешением порядка 20 двоичных разрядов.

Универсальный ШХ-измеритель ФСТП-ОЗЦ, разработанный в ООО НПК «Неста» на базе метода «токовая петля» и оптимальных алгоритмов обработки сигналов (рис. 7,г), продемонстрировал погрешность измерений не более 0,1% для всех исследованных тестовых элементов (Л, I, и С).

На рис. 8,а приведены экспериментальный график зависимости результатов измерений СИзм, полученных прибором ФСТП - 03Ц, от значений емкости Ск эталонных конденсаторов в диапазоне от 20 до 200 пФ (точечный график), и теоретическая характеристика формировател я «токовая петля» (тонкая линия). Параллельно исследуемому элементу был подключен конденсатор емкостью 10 нФ, имитирующий значительную постоянную составляющую емкости датчика. График показывает линейность статической характеристики формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля» в широком диапазоне изменения рабочего параметра датчика при наличии значительной постоянной емкостной составляющей.

СтмгпФ

юз,г

103,4

103,2

103

N /

80 100 120 140 160 180 200 Ск,пФ

0 10 20 30 40 50 60 /0 80 90 100 Я СП, Ом

а) б)

Рис. 8. Результаты испытаний универсального М.С-измеритсля ФСТО - ОЗЦ: а - зависимость результатов измерений Сцзм от емкости эталонных конденсаторов Ск; б - зависимость результатов измерений Сизи от величины сопротивления соединяющих

проводников Исп

На рис. 8,6 представлен график зависимости результатов измерения Сизм конденсатора емкостью 103,24 пФ, полученных прибором ФСТП-ОЗЦ, от сопротивления Лсп соединяющих датчик и прибор проводников, сопротивление которых варьировалось в диапазоне от 10 до 100 Ом. Пунктирными линиями отмечены границы точности измерения 0,1%. График демонстрирует независимость результатов измерений, полученных формирователем сигнала параметрических датчиков «токовая петля», от сопротивления соединительных проводников.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ задачи формирования сигнала параметрических датчиков и существующих методов ее решения продемонстрировал актуальность разработай нового метода, отвечающего требованиям современных измерительных и управляющих систем к точности результатов измерений.

2. Разработанный метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» позволяет создавать формирователи, обладающие высокой точностью и низкой стоимостью. Их отличает линейность статической характеристики, независимость результатов измерений от сопротивления соединительных проводников, а также универсальность, выражающаяся в возможности обрабатывать сигнал широкого класса датчиков с любым характером импеданса.

3. Разработаны принципы построения формирователей сигнала на базе метода токовой петли, а также непрерывные и дискретные математические модели, позволяющие учитывать их в процессе синтеза систем автоматического управления.

4. Разработанные оптимальные методы обработки измерительной информации и планирования состава измерений специализированы для работы с формирователем сигнала «токовая петля» и более чем на порядок повышают точность проводимых с их участием измерений.

5. Формирователь сигнала параметрических датчиков «токовая петля» обеспечивает высокую точность результатов измерений в ряде приложений, применение в которых существующих методов формирования затруднено и неэффективно.

6. Полученные результаты внедрены в ряде производственных процессов и позволили достигнуть высокого качества функционирования разработанных устройств и систем.

Публикации по теме диссертационной работы

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих печатных работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Пыльский В.А. Оптимизация структуры, повышение точности и моделирование характеристик двухканальных цифровых формирователей сигнала и измерителей-импеданса / А.А. Львов, В.А. Польский // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. №4 (36). - С. 85-92.

2. Пыльский В.А. Линейная петлевая схема точной обработки сигналов датчиков / А.А. Львов, В.А. Пыльский // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2004. №2 (3). - С. 102-113.

В других изданиях: '

3. Пыльский В.А. Универсальная токовая петля для датчиков с реактивным или смешанным импедансом / А.А. Львов, В.А. Пыльский // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17: сб. трудов XVII Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Кострома: КГТУ, 2004. - Т.8. -С. 100-101.

4. Pylskiy V.A. Current loop circuit for signal processing in capacitive and inductive sensors / A.A. L'vov, V.A. Pylskiy // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2004. - С. 432-435.

5. Пыльский В.А. Цифровая обработка откликов петлевого формирователя сигналов датчиков автоматических систем управления / А.А. Львов, В.А. Пыльский, М.С. Светлов // Управление и информационные технологии УИТ-2004: сб. докл. 2-й Всерос. науч. конф.: в 2 т. — Пятигорск: Спецпечать, 2004. -Т.2. - С. 34-39.

6. Пыльский В.А. Формирователь сигнала пассивных датчиков «токовая петля» в прецизионных измерениях / А.А. Львов, В.А. Пыльский // Аналитическая теория автоматического управления и ее приложения АТАУ-2005: труды 2-й Междунар. науч. конф. - Саратов: СГТУ, 2005. - С. 165-167.

7. Пыльский В.А. Настройка аналоговых трактов формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля» / В.А. Пыльский // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19: сб. трудов XIX Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Воронеж: ВГТА, 2006. - Т.8. - С. 100-101.

8. Pylskiy V.A. Improvement of the Current Loop. Circuit for AC and DC Applications Based on Digital Signal Processing / V.V. Gureev, A.A. L'vov, V.A. Pylskiy // Instrumentation and Measurement Technology Conference: Proceedings of the 23rd IEEE IMTC. - Italy, Sorrento: IEEE, 2006. - P. 1257-1261.

9. Pylskiy V.A. Optimal Digital Signal Processing for Current Loop Circuit / A.A. L'vov, V.A. Pylskiy // Conference on Precision Electromagnetic Measurements: Proceedings of the 25th IEEE CPEM. - Italy, Turin: IEEE, 2006. - P. 652-653.

10. Пыльский В.А. Использование преобразователя типа «токовая петля» в распределенных системах управления / A.A. Львов, В.А. ГГыльский, М.С. Светлов // Системный синтез и прикладная синергетика ССПС-2006: сб. докл. Междукар. науч. конф. - Пятигорск: РИА-КМВ, 2006. - С. 320-324.

11. Пыльский В А. Формализация математической модели формирователя сигнала параметрических датчиков типа «токовая петля» / В.А. Пыльский // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: сб. трудов XX Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Ярославль: ЖГУ, 2007. - Т.7. -С. 31-33.

12. Пыльский В.А. Оптимальный выбор частоты дискретизации сигналов в цифровых измерителях импедансов / A.A. Львов, В.А. Пыльский // Математические методы в технике и технологиях - ММТГ-21: сб. трудов XXI Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Саратов: СГТУ, 2008. - Т.7. - С. 70-72.

13. Пыльский В.А. Применение формирователя сигнала «токовая петля» в задачах метрологии и сбора информации / В.А. Пыльский // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21: сб. трудов XXI Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Саратов: СГТУ, 2008. - Т.7. - С. 72-74.

ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ «ТОКОВАЯ ПЕТЛЯ» И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ВЫСОКОТОЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ

ПЫЛЬСКИИ Виктор Александрович

Автореферат

Корректор O.A. Панина

Подписано в печать 24.10.08 Бум. офсет. Тираж 100 экз.

Усл. печ. л. 1,0 Заказ 285

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд. л. 1,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Политехническая ул., 77

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЗАДАЧА ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ

ДАТЧИКОВ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ЕЕ РЕШЕНИЯ.

1.1. Задача формирования сигнала параметрических датчиков с активным, реактивным и смешанным импедансом.

1.2 Обзор существующих методов формирования сигнала параметрических датчиков измерительных и управляющих систем.

1.2.1 Мостовые методы формирования сигнала параметрических датчиков.

1.2.2 Потенциометрические методы формирования сигнала параметрических датчиков.

1.2.3 Генераторные, резонансные и временные методы формирования сигнала параметрических датчиков.

1.2.4 Применение дифференциальных методов в задачах формирования сигнала параметрических датчиков.

1.3 Обзор некоторых подходов к математической обработке сигналов в задачах формирования сигнала параметрических датчиков с использованием средств цифровой вычислительной техники.

Выводы по главе 1.

Глава 2. МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ «ТОКОВАЯ ПЕТЛЯ» И ПОСТРОЕНИЕ

ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ НА ЕГО ОСНОВЕ.

2.1 Формулировка требований к разработке метода формирования сигнала параметрических датчиков.

2.2 Формирование сигнала параметрических датчиков методом токовой петли.

2.3 Построение формирователей сигнала параметрических датчиков на основе метода токовой петли.

2.4 Математическая модель формирователя сигнала параметрических датчиков «токовая петля» в непрерывной и дискретной формах.

Выводы по главе 2.

Глава 3. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ФОРМИРОВАТЕЛЯ СИГНАЛА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ «ТОКОВАЛ ПЕТЛЯ».

3.1 Оценивание параметров канальных сигналов токовой петли переменного тока.

3.2 Оценивание параметров канальных сигналов токовой петли постоянного тока.

3.3 Оценивание параметров канальных сигналов токовой петли переменного тока с уточнением частоты и разделением по каналам.

3.4 Совместное оценивание параметров канальных сигналов токовой петли переменного тока с уточнением частоты.

3.5 Оптимальный выбор частоты дискретизации сигналов методами теории планирования эксперимента.

3.6 Численное моделирование алгоритмов оптимальной оценки параметров канальных сигналов формирователя сигнала «токовая петля».

Выводы по главе 3.

Принцип обратной связи - фундаментальный принцип живой природы и искусственно создаваемых технических систем. Он позволяет построить систему, способную управлять тем или иным техническим объектом или объектом живой природы с требуемым качеством, оцениваемым такими важными параметрами, как точность, быстродействие, устойчивость и робастность [1,2]. Принцип обратной связи зримо присутствует во всех сферах науки и техники и технических системах, и зачастую незримо - во всех нетехнических системах, таких, как биологические, экономические, социальные и другие.

Основное положение принципа обратной связи заключается в том, что эффективное и отвечающее заданным критериям качества управляющее воздействие на объект может быть получено только на основе знания текущего состояния объекта, отражаемого в тех или иных его параметрах. Поэтому достоверное и максимально точное знание значений этих параметров - залог построения качественной и надежной системы.

Ввиду этого особенно критичны требования к первичным преобразователям, являющимся неотъемлемой частью любой измерительной и управляющей системы, а также к устройствам, обеспечивающим согласование в подавляющем большинстве случаев маломощного и подверженного воздействию помех выходного сигнала первичного преобразователя с последующими каскадами системы [3, 4]. Такие схемы известны, как формирователи сигнала датчиков.

Классическая метрология подразделяет все датчики на два класса - параметрические и генераторные [5]. Причем формирование сигнала параметрических датчиков - более сложная задача по сравнению с формированием сигнала генераторных датчиков ввиду наличия необходимости возбуждения (питания) первичного преобразователя с целью получения его отклика в виде электрического сигнала, пригодного к дальнейшей обработке.

В ряду методов формирования сигнала параметрических датчиков особое место занимают мостовые методы, обеспечивающее решение поставленной задачи с набольшей точностью.

Мостовые схемы настолько прочно укрепились в практике измерений параметров электрических цепей, что их явные существенные недостатки принимаются, как должное. Это приводит к необходимости поиска модификаций мостовой схемы в целях нивелирования этих недостатков, следствием чего является усложнение измерительной схемы (и, соответственно, появление новых источников помех измерений), а также необходимость применения прецизионных дорогостоящих элементов, что существенно повышает стоимость устройств формирования сигнала [6]. В связи с этим актуальной задачей является разработка нового метода формирования сигнала параметрических датчиков, способного стать альтернативой мостовым методам во всем спектре их применений. В качестве основных требований к измерительным устройствам, построенным на базе такого метода, целесообразно выдвинуть следующие:

1) метод не должен обладать недостатками, присущими мостовым методам формирования сигнала параметрических датчиков, основными из которых является нелинейность статической характеристики и зависимость выходного сигнала схемы формирования от импеданса проводников, соединяющих датчик со схемой формирования сигнала, и помех, наводимых в них;

2) метод должен быть применим во всем спектре приложений, использующих мостовые схемы, включая высокоточные (прецизионные) измерительные и управляющие системы;

3) формирователи, построенные на базе нового метода, должны обладать высокой степенью универсальности с целью облегчения и автоматизации процессов проектирования, монтажа и эксплуатации разрабатываемых современных систем;

4) формирователи, построенные на основе нового метода, должны обладать низкой стоимостью и строиться на базе элементов общего применения, с минимумом использования прецизионных и дорогостоящих компонентов;

5) метод формирования должен иметь поддержку в виде оптимальных алгоритмов математической обработки измерительной информации, реализуемых на базе современных средств цифровой вычислительной техники, с целью повышения достоверности, точности и применимости результатов производимых измерений.

Актуальность работы. Точное знание текущего состояния физического объекта и значений параметров, характеризующих протекающие в нем процессы - необходимое условие корректного и качественного функционирования любой технической измерительной или управляющей системы. Точность получаемой измерительной информации определяется характеристиками применяемого первичного преобразователя (датчика) и устройства, обеспечивающего согласование выходного сигнала датчика с устройством обработки информации -формирователя сигнала датчика [3].

В современных высокоточных измерительных и управляющих системах применяются как генераторные, так и параметрические датчики [5]. Последние находят более широкое применение ввиду их высокой чувствительности и помехоустойчивости.

Существующие формирователи сигнала параметрических датчиков в силу таких существенных недостатков, как нелинейность статической характеристики, не обладают достаточной точностью, а их высокоточные варианты представляют собой дорогостоящие устройства [6]. Анализу этой проблемы посвящены работы Ю.Р. Агамалова [7], Н.Д. Дубового [8], В.Ю. Кнеллера [9], П.П. Орнатского [10], K.F.Anderson [11], D.M. Preethichandra [12]. В связи с этим актуальна задача создания нового метода формирования сигнала параметрических датчиков и устройств-формирователей на его основе, обладающих, наряду с высокой точностью и универсальностью, низкой стоимостью.

Целью работы является: повышение точности измерений, производимых параметрическими датчиками, путем разработки нового метода формирования сигнала параметрических датчиков и специализированных оптимальных алгоритмов обработки измерительной информации, при снижении стоимости устройства формирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

1) проанализировать особенности формирования сигнала параметрических датчиков, рассмотреть применяемые методы и определить их недостатки, на основе анализа недостатков сформулировать требования к новому методу формирования сигнала;

2) разработать высокоточный метод формирования сигнала параметрических датчиков и принципы построения аналоговых и цифровых формирователей на его основе; разработать непрерывную и дискретную математические модели этих формирователей;

3) разработать оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации, специализированные для применения с новым формирователем сигнала и обеспечивающие повышение точности результатов измерения;

4) рассмотреть аспекты практического применения нового метода в современных измерительных и управляющих системах.

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяются корректностью и строгостью применяемых уравнений теории электрических цепей, методов математической статистики, теории планирования оптимальных экспериментов, а также соответствием полученных экспериментальных данных результатам теоретических исследований.

Научная новизна работы:

1. Разработан высокоточный метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля», позволяющий создавать формирователи, отличающийся от известных линейностью статической характеристики; независимостью результатов измерения от сопротивления проводников, соединяющих датчик с формирователем сигнала; возможностью обработки сигналов датчиков с различным характером импеданса.

2. Разработаны принципы построения аналоговых и цифровых формирователей сигнала параметрических датчиков на основе метода «токовая петля».

3. Разработаны математические модели указанных формирователей в непрерывной и дискретной формах, позволяющие учитывать эти формирователи в модели объекта управления при синтезе системы автоматического управления.

4. Разработаны специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации, предназначенные для работы с формирователем сигнала параметрических датчиков «токовая петля» и повышающие точность результатов измерений.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» позволяет создавать высокоточные, а также отличающиеся низкой стоимостью формирователи для обработки сигналов широкого класса параметрических датчиков с различным характером импеданса, что отвечает требованиям современных высокоточных измерительных и управляющих систем.

2. Полученные математические модели формирователей сигнала «токовая петля» подтверждают линейность статической характеристики и независимость выходного сигнала от сопротивления соединительных проводников.

3. Разработанные специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации более чем на порядок повышают точность результатов измерений, получаемых с применением формирователя сигнала «токовая петля», и позволяют оценить погрешности, вносимые неидеальными характеристиками реальных элементов устройства.

4. Результаты проведенных экспериментальных исследований и внедрение в производственные процессы подтверждают достоверность теоретических выкладок.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» и оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации применены при разработке в ООО «Юник Ай Сиз» интегральной микросхемы четырехка-нального цифрового регулятора SERVOCTRL для прецизионной системы автоматического управления позиционированием узлов оптических считывающих устройств.

Разработанный метод «токовая петля» применен в ООО Н1Ш «ЭЛЕМЕР» при создании высокоточной автоматизированной системы поверки датчиков температуры.

На базе ООО НПК «Неста» разработан и изготовлен универсальный RLC-измеритель ФСТП - 03Ц на основе метода формирования сигнала «токовая петля» и разработанных оптимальных алгоритмов обработки измерительной информации.

Универсальный RLC-измеритель ФСТП-03Ц был внедрен в учебный процесс на кафедре технической кибернетики и информатики ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Соответствующие акты внедрения прилагаются к диссертационной работе.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: XVII, XIX, XX, XXI Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Кострома, 2004 г.; Воронеж, 2006 г.; Ярославль, 2007 г., Саратов, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2004 г.), 2-й Всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (Пятигорск, 2004 г.), 2-й Международной научной конференции «Аналитическая теория автоматического управления и ее приложения» (Саратов, 2005 г.), 23rd IEEE Instrumentation and tli

Measurement Technology Conference (Sorrento, Italy, 2006), 25 IEEE Conference on Precision Electromagnetic Measurements (Turin, Italy, 2006), Международной научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика» (Пятигорск, 2006 г.); на научных семинарах кафедры технической кибернетики и информатики ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 — в зарубежных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 126 наименований, приложения. Работа содержит 164 страницы основного текста, включая 44 рисунка, 4 таблицы.

Выводы по главе 4

В главе 4 показано, что формирователи сигнала параметрических датчиков «токовая петля» применимы в задачах измерения, характеризующихся сложными условиями, такими, как комплексный характер импеданса датчика, наличие большой постоянной составляющей импеданса датчика и малого изменения рабочего параметра относительно него, наличия длинных соединительных проводников между датчиком и формирователем. Приведена классификация таких задач.

Показано, что формирователь «токовая петля» является оптимальным для применения в распределенных измерительных и управляющих системах, характеризующихся наличием нескольких датчиков. В этом случае сигналы всех датчиков могут быть обработаны с помощью одного устройства формирования, обеспечивающего независимость результатов измерений от сопротивления длинных соединительных проводников. Для этого приложения разработаны специализированные оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации, повышающие точность результатов производимых измерений.

Полученные в работе результаты (метод формирования сигнала «токовая петля» и оптимальные алгоритмы обработки измерительной информации) применены в нескольких измерительных устройствах и управляющих системах и обеспечили высокую точность их работы, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенный анализ задачи формирования сигнала параметрических датчиков и существующих методов ее решения продемонстрировал актуальность разработки нового метода, отвечающего требованиям современных измерительных и управляющих систем к точности результатов измерений.

2. Разработанный метод формирования сигнала параметрических датчиков «токовая петля» позволяет создавать формирователи, обладающие высокой точностью и низкой стоимостью. Их отличает линейность статической характеристики, независимость результатов измерений от сопротивления соединительных проводников, а также универсальность, выражающаяся в возможности обрабатывать сигнал широкого класса датчиков с любым характером импеданса.

3. Разработаны принципы построения формирователей сигнала на базе метода токовой петли, а также непрерывные и дискретные математические модели, позволяющие учитывать их в процессе синтеза систем автоматического управления.

4. Разработанные оптимальные методы обработки измерительной информации и планирования состава измерений специализированы для работы с формирователем сигнала «токовая петля» и более чем на порядок повышают точность проводимых с их участием измерений.

5. Формирователь сигнала параметрических датчиков «токовая петля» обеспечивает высокую точность результатов измерений в ряде приложений, применение в которых существующих методов формирования затруднено и неэффективно.

6. Полученные результаты внедрены в ряде производственных процессов и позволили достигнуть высокого качества функционирования разработанных устройств и систем.

1. Бесекерский В. А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - 4-е изд. - СПб.: Профессия, 2003. - 752 с.

2. Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Д. Пиани. СПб.: Невский Диалект, 2001. - 557 с.

3. Аш Ж. Датчики измерительных систем: пер. с франц.: В 2 т./ Ж. Аш и др. -М.: Мир, 1992. Т. 1. - 480 с. - Т. 2. - 424 с.

4. Куликовский K.JI. Методы и средства измерений: учеб. пособие для вузов /К.Л. Куликовский, В.Я. Купер. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

5. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: пер. с англ. / К. Бриндли. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 144 с.

6. Яковлев В.П. Структура измерительной системы на базе пассивных датчиков / В.П. Яковлев // Современные технологии автоматизации. 2002. -№1. - С. 76-84.

7. Агамалов Ю.Р. Теоретические основы построения и техническая реализация многофункциональных преобразователей комплексного сопротивления на базе адаптивного подхода: автореф. дис. д-ра техн. наук / Ю.Р. Агамалов. М.: ИПУ РАН, 2003. - 46 с.

8. Макаров В.В. Дискретные системы автоматического управления теплотехническими объектами / В.В. Макаров, В.М. Лохин, А.А. Петрыкин. -М.: Наука, 1998.-218 с.

9. Кнеллер В.Ю. Преобразование физических величин: специфика, связи с другими процессами, пути решения основных задач / В.Ю. Кнеллер // Датчики и системы. 2007. - №12. - С. 58-67.

10. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. - 488 с.

11. Anderson K.F. Your Successor to the Wheatstone Bridge? NASA's Anderson Loop / K.F. Anderson // IEEE Instrumentation and Measurement Magazine. -1998.-Vol. 1, No. l.-P. 5-15.

12. Preethichandra D.M.G. Liquid condition monitoring through a multifunctional sensing approach: Ph.D. dissertation / D.M.G. Preethichandra. Japan, Saga: Saga University, 2001. - 132 p.

13. Гаврилюк M.A. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие / М.А. Гаврилюк, Е.С. Полищук, С.С. Обо-зовский и др.; под ред. Е.С. Полищука. Киев: Вища школа, 1984. - 359 с.

14. Виглеб Г. Датчики: пер. с нем. / Г. Виглеб. М.: Мир, 1989. - 196 с.

15. Харт X. Введение в измерительную технику / X. Харт. М.: Мир, 1999. -391 с.

16. Классен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике / К.Б. Классен. М.: Постмаркет, 2000. - 352 с.

17. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений / С.А. Спектор. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 319 с.

18. Wheatstone Ch. An Account of Several New Instruments and Processes for Determining the Constants of a Voltaic Circuit / Ch. Wheatstone. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1843. - Vol. 133. - P. 303-329.

19. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник для вузов / Л.А. Бессонов. 9-е изд. - М.: Высш. школа, 1996. -638 с.

20. Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: пер. с нем. / Ю. Шульц. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

21. Ацюковский В.А. Емкостные дифференциальные датчики перемещения / В.А. Ацюковский. М.: Госэнергоиздат, 1960. - 104 с.

22. Нефедов В.И. Электрорадиоизмерения: Учебник. / В.И. Нефедов, А.С. Сигов, В.К. Битюков и др.; под ред. А.С. Сигова. М.: Форум, 2005. - 384 с.

23. Гаврилюк М.А. Электронные измерители С, L, R / М.А. Гаврилюк, Е.П. Соголовский. Львов: Вища школа, 1979. - 134 с.

24. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерения / Э.И. Арш. -М.: Машиностроение, 1979. 256 с.

25. Graeme J.E. Operational Amplifiers: Design & Applications / J.E. Graeme, G.E. Tobey, L.P. Huelsman. London: Mc-Graw Hill, 1971.-473 c.

26. Измерения в электронике: Справочник / Под ред. В.А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 512 с.

27. Taub Н. Digital Integrated Electronics / Н. Taub, D. Schilling. Tokyo: McGraw-Hill, 1977. - 608 p.

28. Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи / Н.Д. Дубовой. М.: Радио и связь, 1989. - 256 с.

29. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) / П.П. Орнатский. 5-е изд. - Киев: Вища школа, 1986. - 504 с.

30. Anderson K.F. The New Current Loop: An Instrumentation and Measurement Circuit Topology / K.F. Anderson // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1997. - №10. - P. 11-19.

31. Preethichandra D.M. A Simple Interface Circuit to Measure Very Small Capacitance Changes in Capacitive Sensors / D.M. Preethichandra, K. Shida // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2001. - Vol. 50, No. 6. -P. 1583-1586.

32. Radii T. Impedance Measurement With Sine-Fitting Algorithms Implemented in a DSP Portable Device / T. Radii, P.M. Ramos, A.C. Serra // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2008. - Vol. 57, No. 1. - P. 197-204.

33. Callegaro F. A Multiphase Direct-Digital-Synthesis Sinewave Generator for High-Accuracy Impedance Comparison / F. Callegaro, G. Galzerano, C. Svelto // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2001. - Vol. 50, No. 4. - P. 926-929.

34. Сизиков B.C. Устойчивые методы обработки результатов измерений: учеб. пособие / B.C. Сизиков. СПб.: Специальная Литература, 1999. -240 с.

35. Булычев Ю.Г. Измерение параметров радиосигнала на основе сплайновой аппроксимации корреляционной функции помех / Ю.Г. Булычев, А.П. Лапсарь // Измерительная техника. 2007. - №12. - С. 9-10.

36. Угольков В.Н. Об устранении неоднозначности при определении кумулятивного сдвига фаз / В.Н. Угольков // Измерительная техника. 2007. -№9. - С. 57-59.

37. Мясникова М.Г. Измерение параметров электрических сигналов на основе метода Прони: автореф. дис. канд. техн. наук / М.Г. Мясникова. Пенза: ПТУ, 2007. - 22 с.

38. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: пер. с англ. / Н. Дрейпер, Г. Смит. 2-е изд. - М.: Финансы и статистика. - Т. 1. - 1986. - 366 с. - Т. 2. - 1987.-351 с.

39. Львов А.А. Основы статистической обработки измерительной информации в задачах автоматического управления: учеб. пособие для студ. вузов / А.А. Львов. Саратов: СГТУ, 2005. - 84 с.

40. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений / Ю.В. Линник. М.: ГИФМЛ, 1958. - 336 с.

41. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. М.: Наука, 1969. -576 с.

42. Петров В.В. Об оценивании нестационарной дисперсии акустического сигнала методом наименьших квадратов / В.В. Петров // Измерительная техника. 2008. - №2. - С. 54-56.

43. Handel P. Properties of the IEEE-STD-1057 Four-Parameter Sine Wave Fit Algorithm / P. Handel // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.- 2000. Vol. 49, No. 6. - P. 1189-1193.

44. Репин В.Г. Статистический синтез в условиях априорной неопределенности и адаптация информационных систем / В.Г. Репин, Г.П. Тартаковский.- М.: Сов. радио, 1977. 242 с.

45. Вучков И.Н. Прикладной линейный регрессионный анализ / И.Н. Вучков, JI.H. Бояджиева, Е.Б. Солаков. М.: Финансы и статистика, 1987. - 239 с.

46. Корн Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1974. - 832 с.

47. Малышев В.М. Гибкие измерительные системы в метрологии / В.М. Малышев, А.И. Механников. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 176 с.

48. Родионов В.Д. Технические средства АСУ ТП: Учеб. пособие для вузов / В.Д. Родионов, В.А. Терехов, В.Б. Яковлев. М.: Высш. школа, 1989. -262 с.

49. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 487 с.

50. Пыльский В.А. Линейная петлевая схема точной обработки сигналов датчиков / А.А. Львов, В.А. Пыльский // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2004. - №2 (3). - С. 102-113.

51. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника: пер. с англ. / Т.С. Ратхор. М.: Техносфера, 2004. - 376 с.

52. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах /

53. B.C. Гутников. СПб.: Энергия, 1980. - 248 с.

54. Корнеев В.В. Современные микропроцессоры / В.В. Корнеев, А.В. Киселев. 3-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 440 с.

55. Применение интегральных схем: пер. с англ.: В 2-х ч. / Под ред. А. Уиль-ямса. М.: Мир, 1987. - Ч. 1. 480 с. - Ч. 2. - 413 с.

56. Хорвиц П. Искусство схемотехники: пер. с англ. / П. Хорвиц, У. Хилл. 6-е изд., перераб. - М.: Мир, 2003. - 704 с.

57. Алексеенко А.Г. Применение прецизионных интегральных микросхем / А.Г. Алексеенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1985. - 304 с.

58. Воронов А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов: В 2-х ч. / А.А. Воронов, Д.П. Ким, В.М. Лохин и др.; под ред. А.А. Воронова. 2-е изд. - М.: Высш. школа, 1986. - Ч. 1. - 504 с. - Ч. 2. - 504 с.

59. Дёч Г. Руководство по практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования: пер. с нем. / Г. Дёч. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1971.-288 с.

60. Изерман Р. Цифровые системы управления: пер. с англ. / Р. Изерман. М.: Мир, 1984. - 541 с.

61. Садомцев Ю.В. Модели систем автоматического управления. Непрерывные системы: учеб. пособие / Ю.В. Садомцев. Саратов: СПИ, 1990. - 72 с.

62. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы / В.А. Бесекерский. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976. - 576 с.

63. Гольденберг JI.M. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие для вузов / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.

64. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов / B.C. Гутников. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 192 с.

65. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП / Т.С. Ратхор. 2-е изд. М.: Техносфера, 2006. - 391 с.

66. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти. ЦАП и АЦП: Справочник / О.Н. Лебедев, А.-Й.К. Марцинкявичус, Э.-А.К. Багданскис и др. М.: Изд. фирма «КУбК-а», 1996. - 384 с.

67. Федорков Б.Г. Микросхемы ЦАП и АЦП: Функционирование, параметры, применение / Б.Г. Федорков, В.А. Телец. М.: Энергоатомиздат, 1990. -320 с.

68. Kolev N.P. Computerized Investigation of Robust Measuring Systems / N.P. Kolev, S.T. Yordanova, P.M. Tzvetkov // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. -2002. Vol. 51, No. 2. - P. 207-210.

69. Куликов Е.И. Оценка параметров сигнала на фоне помех / Е.И. Куликов, А.П. Трифонов. М.: Советское радио, 1978. - 296 с.

70. Фалькович С.Е. Статистическая теория измерительных радиосистем / С.Е. Фалькович, Э.Н. Хомяков. М.: Радио и связь, 1981. - 288 с.

71. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. 2-е изд. - Д.: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

72. Pylskiy V.A. Optimal Digital Signal Processing for Current Loop Circuit / A.A. L'vov, V.A. Pylskiy // Conference on Precision Electromagnetic Measurements: Proceedings of the 25th IEEE CPEM. / IEEE. Italy, Turin, 2006. - P. 652-653.

73. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Грановский Ю.В. 2-е изд. - М.: Наука, 1976.-279 с.

74. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей: учебник / Б.В. Гнеденко. 6-е изд. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 488 с.

75. Зевеке Г.В. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. 5-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

76. Никитин А.В. Измерение мгновенной частоты широкополосных сигналов на коротком интервале наблюдения / А.В. Никитин, С.В. Юшанов // Измерительная техника. 2008. - №2. - С. 50-54.

77. Кудрявцев JI.Д. Краткий курс математического анализа: Учебник / Л.Д.Кудрявцев. М.: Наука, 1989. - 734 с.

78. Львов А.А. Методология повышения точности автоматических СВЧ измерителей на основе статистического анализа нелинейных моделей: автореф. дис. д-ра техн. наук / А.А. Львов. Саратов: СГТУ, 2002. - 34 с.

79. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента: пер. с англ. / Д.К. Монтгомери. Л.: Судостроение, 1980. - 384 с.

80. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И.Г. Зедгинидзе. М.: Наука, 1976. - 390 с.

81. Ермаков С.М. Математическая теория оптимального эксперимента: Учеб. пособие / С.М. Ермаков, А.А. Жиглявский. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 320 с.

82. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, Н.А. Чернова. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1965.-340 с.

83. Horn R.A. Matrix Analysis / R.A. Horn, C.R. Johnson. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1986. - 576 p.

84. Смирнов В.И. Курс высшей математики: В 2-х т. / В.И. Смирнов. 24-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - Т. 1. - 614 с. - Т.2. - 842 с.

85. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц / Ф.Р. Гантмахер. 4-е изд. - М.: Наука, 1988.- 548 с.

86. Ланкастер П. Теория матриц / П. Ланкастер. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973.-280 с.

87. Воеводин В.В. Матрицы и вычисления: Справочное пособие / В.В. Воеводин, Ю.А. Кузнецов. М.: Наука, 1984. - 320 с.

88. Беллман Р. Введение в теорию матриц / Р. Беллман. М.: Наука, 1969. -375 с.

89. Лазарев Ю.Ф. Начала программирования в среде MATLAB: Учебное пособие / Ю.Ф. Лазарев. Киев: КПП, 2003. - 424 с.

90. Karris S.T. Signals and Systems with MATLAB Applications / S.T. Karris. 2nd ed. Fremont: Orchard Publications, 2003. - 598 p.

91. Лункин Б.В. Определение объемного содержания компонентов эмульсии типа «нефть вода» по параметрам электромагнитного резонатора / Б.В. Лункин, В.И. Мишенин, Н.А. Криксунова // Измерительная техника. -2007. -№9.-С. 60-61.

92. Суслин М.А. Двухмодовый микроволновый резонаторный способ определения объемной доли влаги в жидких горючесмазочных материалах / М.А. Суслин // Измерительная техника. 2008. - №2. - С. 58-61.

93. Perry С.С. The Strain Gage Primer / C.C. Perry, H.R. Lissner. 2nd ed. -New York: McGraw-Hill, 1962. - 332 p.

94. Hannah R.L. Strain Gage Users' Handbook / R.L. Hannah, S.E. Reed. London: Elsevier Science Publishers Ltd., 1992. - P. 67-68.

95. Крюков А.В. Измерение влажности при высоких давлениях / А.В. Крюков, К.В. Куриленок // Измерительная техника. 2008. - №2. - С. 61-64.

96. Берлинер М.А. Измерения влажности / М.А. Берлинер. 2-е изд. - М.: Энергия, 1973.-401 с.

97. Лисичкин В.Г. Сравнительный анализ моделей диэлектрических свойств почвы при автогенераторных измерениях влажности / В.Г. Лисичкин, С.Н. Шведов // Измерительная техника. 2008. - №2. - С. 64-68.

98. Халилов Р.И. Электромагнитные измерения уровня жидкого металла в замкнутых объемах / Р.И. Халилов, С.Ю. Хрипченко, П.Г. Фрик, Р.А. Степанов // Измерительная техника. 2007. - №8. - С. 41-43.

99. Казарян А.А. Универсальный датчик давления / А.А. Казарян, Г.П. Трошев // Измерительная техника. 2008. - №3. - С. 26-30.

100. Федяков Г.М. Измерение переменных давлений / Г.М. Федяков, В.К. Кол-таков, Е.Е. Богдатьев. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 216 с.

101. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем / А.Г. Бут-ковский. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. - 320 с.

102. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами: Учеб. пособие для вузов / Э.Я. Рапопорт. М.: Высш. школа, 2003. - 299 с.

103. Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами / Т.К. Сиразетдинов. М.: Наука, 1977. - 480 с.

104. Садомцев Ю.В. Конструирование систем управления с обратной связью по критериям точности и грубости: Монография /Ю.В. Садомцев. Саратов: СГТУ, 2003.-208 с.

105. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие для вузов / Е.П. Угрюмов. 2-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 800 с.

106. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники: Базовые элементы и схемы. Методы проектирования: Учебник / Ю.В. Новиков. М.: Мир, 2001. -379 с.

107. Смит Дж. Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. Уроки реализации: пер. с англ. / Дж. Смит. М.: Мир, 2000. - 266 с.

108. Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия / М. Гук. 2-е изд. -СПб.: Питер, 2001. - 922 с.

109. Агуров П.В. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования /П.В. Агуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 496 с.

110. Джонсон Б. Основы Microsoft Visual Studio.NET: пер. с англ. / Б. Джонсон, К. Скибо, М. Янг. М.: Русская редакция, 2003. - 464 с.

111. Демидович Б.П. Основы вычислительной математики: Учеб. пособие / Б.П. Демидович, И.А. Марон. 6-е изд. - СПб: Лань, 2007. - 664 с.