автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости цифровых экстремальных мостов переменного тока

лклг'Е.г/л НАУК УК?А:П-:1! ИНСТИТУТ Э.^КТРО^ГА'-ХК:;

На правах рукописи

7/OÏÏÏÏE3CKI" ВЯЧЕСЛАВ ^Х'ЛЛОВИЧ

гобккне 1а :асоустопчзост;: гсэровнх экстремдлыык костсв 1ЕР2.?шзюго тки

Специальность С5.11.С5 - Приборы и г-зтод! г.змэронкя олектр::чссж1Г. а лгапсгтаа величин

АВТОРЕФЕРАТ дтесортацил на солскише учспоЗ стопеги клцявдатл технических наук

Кпэв -

1 S-i'2

Работа выполнена в Институте электродинамики АН У1(раины.

Научна руководитель

- лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, старшй сотрудник М.Н.СС/РДУ.

Официальные оппонент

- доктор технических наук, ¡¡ро£оссор И.М.ВуШЕНЧУК.

- кандидат технических наук-, стариай! научный сотрудник Л.П.йЕ'53Е0.

Ведущее предприятие

Арендное предприятие "Росток", г. Кп

Зашита состоится февраля 1952 г. в // час, ко

заседании специализированного совета Д 016.30.02 при Циститу эпектроданамики All Украины (252680, г. Киев - 57, пр. Победа, ¡5 •тел. 446-91-15).

С диссертацией юао ознакомиться в библиотека Глотиту олектродинампки АН Украины.

Автореферат разослан январи 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

к.Т.Н., СТ.Н.С. ^ К Ю.А.МАСЮгЕНКС

■ ' : I

: - 3 -

■'-"'/ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Измерители параметров пассивных комплекс-"шгЧггшгаш широко применяются для контроля параметров изделий электротехнической и радиоэлектронной промышленности, при проведении научных исследований, создании автоматизированных изкзри-телышх систем и систем управления технологический! процессами .

Передовые позиции соеотской науки и техники в развитии средств измерений параметров комплексных сопротивлений достигнуты благодаря работам К.Б.Карандеева, А.Д.Нэстеренко, Ф.Б.Гриневича, А.Л.Грохольского, В.Ю.Кнеллера, А.М.Мелкк-Шахназароаэ, М.П.Цзттен-ко, Б.И.Швецкого, Г.А.Штамбергзра, М.А.Гаврилюка, К.М.Соболевского, Е.П.Соголовского, В.М.Шляндана, И.Л.'Дайна, С.Л.Эпштейяа и руководи!,'лх шн коллективов.

Значительные результаты получены в этой области приборостроения и известными зарубежными учеными КалЕертом, Милдуотером, Катковским, Кларком и многими другими.

Наиболее точила среди отечественных приборов являются цифровые экстремальные мосты переменного тока (ЦЗ?Л). основы построения которых разработаны О.Б.Гриневпчем.

Их повышенная точность и чувствительность обусловлена воз-моггюстыэ использования в системе уравновешивания высокодобротшх избирательных усилителей, подавляюща содержащиеся в выходном сигнале мостовой измерительной цега! помэхи.

Дальнейшее совершенствование ЦЭМ в направлении повышения точности иылэрения, разрешающей .способности, расширения диапазона измеряемых вел.чш и рабочих частот, раагфения функциональных возможностей обуславливает необходимость повышения эффективности подавления действующих в ЦЭМ помех с сохранением и даяо возрастанием их быстродействия.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование возможностей повышения устойчивости ЦЭМ к совместному воздействии недетерминированных и квази- детерминированных помех полигармонического, кшульсного и пумового характера и создание на основе результатов исследования прецизионных ЦЭ?Л с повышешшми метрологическими и диншлнескими характеристикам, пригодных для промышленного применения и серийного производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать особенности ЦЭМ как источника и объекта во?-

действия помех, оценить влияние помех на процесс уравновешивания и эффективность применяемых в ЦЭМ методов борьбы с ними;

- разработать критерии оценки помехоустойчивости ЦЭМ и отдельных его блоков, .участвую2г.:х в помехоподавлении, позволящне сравнивать гффектиЕность подавления помех различными средствам! и методами;

- проьести анал:з известгшх из радиотехники и измерительной техники методов борьбы с периодическими, импульсными к шумовыми помехами, исследовать возможности применения этих методов для по-в^ениа помехоустойчивости ЦЭМ;

- исследовать зависимость уровня помех на выходе мостовой измерительной цепи от соответствия нмпедаксных характеристик объекта измерения, мостовой измерительной цепи, усилителя сигнала неравновесии, оптимальным согласованием этих характеристик добиться минимального уровня помех на выходе }.МЦ;

- разработать структуры тракта Еыделе^я амплитуда сигнала неравновесия, устойчивые к воздействию гармонических, иудульсных и пумовых помех;

- разработать новые метода параметрической модуляции и соответствующие км способы уравноЕеаивания для повышения помехоустойчивости ШМ;

- создать и экспериментально проверить ЦЭМ с повышенной помехо устойчивостью, улучшенными динамическими характеристиками и функциональным;! возмошостями на основе проведенных теоретических исследований, выполнить работы по их подготовке к серийному внедрению.

Методы исследований. Теоретические исследования в работе проведены с использованием элементов дифференциального исчисления, теории электрических цепей и сигналов, теории функций комплексных переменных, теоретических основ информационно-измерительной техники. Результаты исследований проверялись экспериментальными методами на действующих макетах и.образцах приборов.

Автор защищает следующие положения;

- полное устранение влияния высших гармоник сигнала неравновесия достигается адаптацией модели измерительной цепи к модели объекта измерения и весовым усреднением в процессе амплитудного детектирования сигнала неравновесия;

- одностороняя многошаговая четырехточечная модуляция позволяет значительно повысить устойчивость ЦЭМ к шумам за счет уве-

лнчения модуляционного тгатрадения амплитуды сигнала неравновесия, сягзяяя детгелыгасгл пореходза процессов к опсгяйси;": рул-тхэ детектирования;

- синхронизация полезного сигнала с сетсвнм нзпрятшг/ем н двухкратное измерение параметров объекта при различннх соотношениях урознеЗ полезного сигнала и гормокягсхс.! сетевой псмма с после.цукцоП математической обработкой результатов позеоллпг устранить влияние зтой помех:: на результаты измерения.

Научная нозпзна дассер?2ЦК0«Е0Л работы состоит 3 следун-дем:

- показано, что применении вессвих усреднителей в тракто выделения амплитуду сигнала квразхювоси?. Е- позволяет без потерь вргхенз осуществить ьфЕектизпоо подззлеш:г ьпелп: гармоник слизла неравновесия;

- показано, что нелинейная фильтрация з тракте выделения амплитуда сигнала коравкоьоспя сокращает »ьромл преобразования при изменении сигнала неравновесия в сл:рском дннамл:ческсм диапазоне и пр-л воздействии интенсивные клульсЕц: по:,'.ах;

-доказано, что обработкой результатов совокупности ;ггмерс:г.Л ЦОМ. получешшх при различных ссотнздениях параметров измерительного сигнала и близкой ему по частото помехи, г.гагно снизить влияние помехи в степени, определяемой стабильностью ее параметров па интервале измерения;

- показано, что односторонняя многошаговая четырехточечпая параметрическая модуляция позволяет существенно повысить соотпо-сош'.з мощностей полезного сигнала и яуггл в 1Ш без увэллгчо;е:я времени измерена;.

Практическая тайность работп заключается в следуздем:

- прздлогешгз оценки помехоустойчивости Ц5М и отдельных его блокез позволявт проектировать сптимаяыдл по своим мзтролоютос-килл и. дашагэтеск-". хароктергстд:«« тракт выделения а:якитудц сгс-нала неравновесия, срав:ншать помехоустойчивость различнкх вщоз приборов доя измерения параметров комплексных сопротивлений;

- продло.^оннке способ:! односторонней млогопаговой параметрической модуляции и екстрзполяцнонного ураваовезизания. основанного на оценке прнр:л.;ею!л квадрата амплитуды сигнала неравновесия позволяют одновременно повысить в 3 - 5 раз помехоустойчивость к шумам и быстродействие ЦЗМ;

- разработанное структура тракта выделения гкпжгудц сигнала

- б -

пумам и быстродействие ЦЭМ;

- разработанные структуры тракта выделения амплитуда сигнала неравновесия с весовым:: усреднителями позволяют создавать прецизионные ЦЭМ, измеряющие с погрешностью до 10~5 - Ю-6 параметры комплексных сопротивлений в широком диапазоне частот при любых, параметрах объекта измерения, в том числе в частотно зависимых схемах при тангенсе угла потерь, большем 1;

- разработанные способы подавления импульсных помех позволяют создавать прецизионные микропроцессорные ЦЭМ, в которых мощные микропроцессорные помехи практически полностью подавляются путем управления микропроцессором по ожиданию или по прерываниям.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при создании:

- серийно выпускаемых Киевским арендным предприятием "Росток" микропроцессорных многофункциональных мостах переменного тока Р5083 , Р5084 и измерителе HLC Р5030;

- измерителя угловых перемещений "Емкосин - 4У" лля гониометра- спектрометра ГС-2Ц, подготавливаемого к серийному выпуску на Киевском ПО "Завод "Арсенал";

- в измерителе параметров сверхбольших емкостей ШЭ.КДА-0.2, внедренного в серийное производство на заводе "Измеритель" г. Черновцы.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на всесоюзной конференции "ИИС-87" (г. Ташкент), пяти республиканских конференциях:

"Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных устройств", (г.Уманъ, 1975г.), "Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных устройств и систем" (г.Киев, 1981г.), "Структурные метода повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем" (г. Киев, 1985), "Метрологическое обеспечение ШС и АСУ ТП" (г. Львов, 1988 г.)", Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике" (Харьков, 1988 г.)

Публикации. По томе диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ, в том числе 10 авгорских свидетельств СССР на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения,

со&эркх? !Сб страниц осиоьлэго текста, 27 страниц таблиц и рисунков. Список литературы содор:;а:т 1С5 наименован^.

СОДЕРГАЖЗ РАБОТЫ 2о р&едс-яга обосноззна актуальность тегд! ксслэдовтпй, формулируются цель работы и осноьше задачи, решаемые в ной, полученные науп:'."; результаты и зет.'-даегтие автором похо^'яш^я.

3 первой глаье рассмотрены 'особенности ЮМ как источника ц оссокта воздойсткм помех, провед;л анализ влияния г.омех на процесс урэгновегиьклл, дзя сбгор кзв-зстшх методов сорьби с ломе-вг-одгна оценка помехоустойчивости Ц?М и отдельных его блоке;::, определен пут;; поь^ення помехоустойчивости ЦЗМ.

Помехоустойчивость ЦЗМ характеризует ого способность противостоять воздоПстп'п помех и могот быть трэдом относениегл*

II = (Рп / Ра) / .

гдэ Г -л Р.. - при; ■;•„ знчпэ к цепи объекта ко-лости помехи и сигнала, 5 - средде'ссдратическсе значение относительной погрешности уравновешивания, вызванной воздействием помех.

Наиболее еначитолыпдмл видами помех в 1ТЗ*Л являются :пум.ч ра дпоэлзктрэшшх одсмэнтов, гнете гарюникя сигнала нераипонесия (ЕГСН), гармонические сотовые помехи (ГСП), кс.'слутациошше импульсные помехи (ГС'П), гнутрнприборные пелульеше помехи (ГПГП).

Ка:с;ая от:!Т. пегэх пшввот погрешность выделения емгелту-р,' сигнала неравновесия. Получоны аналитические Е'фамегсья этих лрелностей. помеха когерренгпа тпозному сигналу, то

вызванная еч погге:зпс • гь де?зкг.:ровсш!Я иоглт п.'-эть постоятшул ссстгзвл.ч:о'"0'"). Одгг'::со когрск::ость оцопкп годудязсюшгаго прира:цеп:п амплитуд:; сигнала перагиосзспя у::;о не содержи постоянной состпв-ля»з',е£1. Если среди этих погросностой пот провагарущах, то по центральной предельней теорс:.:э тоорзх г-ороятности распределение суг"И:р::сй Г'Гсо~ет:;сй погяегноста детектирования близко к нормально"-/ закону с суммарной дисперсией = ^ . Опрэдэлеш оавис1г-*о-стл от-юсптоль'-п; погрешностей уравновешивания бр и от

внзпзрде.". их когресчссти дс-текпфсвпния - са/ ДРцЗр :

5р = 6П ]~2(1 »■ кгп?/ ::г) , <5(1 = 6П .1 2(1 + п2/ Кгп2) ,

где К = ДЧ.^Зд / /.рп3р , дря и - пзга урпвновояивштя по порч-метра:.« р и ч , ¿р и Зц - чувствительность к тел дото!:г.т.

равновесия, га и п - уровни модуляции по параметра:.! р и q в шагах уравновешивания.

Из этих выражения следует, что с плане помехоустойчивости цэм как вектормернзя система с измеряемыми параметрами р. и q мо-:.;зт бить приведон к одномерной система с измеряемым параметром р с увеличением эквивалентной ¿его помех в Кр раз: Кр = 1 + К2п2/ п2 .

Установлено критическое значешю относительной погрешности детектирования, при превышении которого ЦЭМ не уравновешивается:

г2 < ш2п2Кг/ (га2 + пгК2)

По значешю этой погрешности и возможному уровню помех на входе У СП можо определить необходимую степень подавления помех в тракте выделения амплитуды сигнала неравновесия ЦЭМ.

Рассмотрена возмо:.шость цркмонешя известных из радиотехники и измерительной техники методов борьбы с помехами.

Установлено, что применение в ЦЗМ методов корреляционного приема, накоп".лния и временной фильтрации позволит существенно повысить эффективность подавления квазидетермшвгровашслс номох.

Для этого необходга/о разработать тракт выделения- огибоядей сигнала неравновесия, в котором амплитудное дотекткров&го!;» осус£-стпляотся с применением пнтегрирукгахх весовых усреднителей.

Повышение помехоустойчивости ЦЗ!.: мо;;от быть достигнуто применением многошаговой параметрической модуляции за счет сшыдзнпя погрешности ур~вновешивашш при тех :;о уровнях помех.

Помохоустой'швость 1Ш определяется добротностью избирзтель-ш..; звеньев УСН при уравновешивании на са:,их младших декадах регулируемых параметров. Длительность тактового интервала,, пропорциональна добротности. Поэтому сокращение времени уравновешивания на старших декадах ж числа тактов уравновешивания на. младших декадах позволяет при заданно и быстродействии увеличить длительность тактового иптервала, т.е.'го^з мог;зт рассматриваться пик один из путой иовшзошы! помехоустойчивости ЦЭМ.

Го второй глаге рассматриваются вопросы повышения помехоустойчивости ЦЗ,'.' к квазэдоторшзфованным помеха:." (ЕГСН, ГСП, КИП, ПИП).

Снижение ьлшшия высиих гармоник сигнала неравновесия (ВГСН) на погрешность уравновешивания ЦЗМ достигается обеспечением согласованного включения объекта в КИЦ и повышением эффективности

«.V годзагешм в тракте- гкдзлэти сгибающей (ТЕО) сигнала нерапто-вос.п цэм .

При согласованном вклкчогиа? объекта толфитрсцкл кодэх?Л ?ПЩ к обьокть совладею?, костовг,.: схема частотнонэзависима, уровни ВГСН и полосного сигнала уменьшаются в процессе уравновеютзанкя в равно,! мере.

ГГр:1 кзсогласовшнюм вклэчвпки коирдгурэцяя моделей различна.

3 процосс? ураЕновогишанил частотпозависимоЯ: ШЩ вес ВГСН в ее выходном сигнале непрерывно возрастает.

Если модель объекта двухалекектка, то обоехкч^шю согласованного вклтенпя объекта в ШЩ позволяет полностью исключить вхпип-е ВГСН па результаты измерения.

Исследованы процессы измерения параметров резонансных объектов. При резонансе в объекте на рабочей частоте необходимо измерять з схеме но соответствующей типу резонанса (Б или Р).

Предложен способ выбора схега измерения, наиболео ссответст-иухаеП объекту пкярзиая, основанный на рззлгпяк завиагостях относительных. и ао'солт/хппх измеряема параметров от частоты при различии;: схсмах замещения объекта измерения. При параллельно.? схеме измерения с^сости-пс объектов л параллельно!! схеме объекта - «рСх?1х , при последовательной схеме зпмгг.ения

обюкта и параллельно;! схеме измерения г©* - . Знак пгтт-

радепия гг^ Цра изменении рабочей частоты показывает, какой схгме (последовательной плп параллельной) больше соответствует объ-нст из:'ере'п:я.

Длп повышения помехоуотоЗчгазостд тракта выделения егтатлтуди сигнала неравновесия к гпрмсшпескнч помехам предложены структур» г'т.'лчтулннх дэтекторав на оспорэ расцепления сипгало норзгаогпсня на две квадратурные составляет (рнс.1), которые лптогряруэтея весовыми усреднителем:: В'Л II В"2, содермами"Н управляе'зй маем гейагЛ нреоСраоедателъ У!^! л интегратор К, с последующим средне -квадратпчи::;,! суммированием в аналоговом либо шаровом виде поср детпем квадраторов КП1 и кв?. сумматора СМ и корнеизвлекагуте устройства К1П".

Рассмотрев; кзвсстпуэ восовио бфнодя, позволлпгио подавить вс четные " блгслй'К"5 >:ечет:-"'е ЕГСТГ и возможности ттх реалта'чр"!.

Тип росбхог.и?.гЛ для оиМш'биого педавлеи'.я ВГСН весовой Су пкцяи определ"';'те.е спгстгоч сигнала гепепатора. Если генератор выполнен кввзнснчусок.-рлигкм, то предпочтительней КБЗзисинуссн

дальная весовая функция усреднителя. Если генератор на основе ЬС дабо НС структур с пологмтельной обратной связью, то весовая функция долгла обеспечивать подавление четких п Сл;п;;айшпх нечетных (третьей и пятой) ВГСН, т.е. .мояет Сыть одноуровневой.

В этом случае нормированный коэффициент передачи амплитудного детектора имеет вид:

31П [(и./м.)!1/2] = -- СОЗСпо^/бы, )С03(пип'10<о1 )

Для подавления гармоник сетевых помех ГСП , частоты которых попадают в полосу пропускания УСН, предложен способ измерения, основанный на синхронизации генератора с сетью, двух измерениях параметров объекта ( рь = рх + ¿р3 и рс = рх + плрБ ) при различных напряжениях питания МИЦ (иг и Шг) и последующего весового усреднения полученных результатов:

рх = (рс - прь)/(1 - п) ,

Структурная схема, реализующая этот способ, дано на рис.2. Изменение напряжения на МВД производится управляемым ."¿сштабным преобразователем УМП под управлением экстремум-детектора ЭД. Равновесные значения уравновешивающих элементов УЗ рь запоминаются в запоминающем устройстве ЗУ и обрабатываются арифметическим устройстЕом АУ.

11а рис.3 пр;1ведена • структурная схема ЦЭМ, позволяющая обеспечить следящий реким измерения без арифметических устройств. В первом цикле для уравновешивания МИЦ по помехе используется отдельный уравновешивающий элемент УЭД. Сигнал неравновесия во втором цикле не зависит от параметров помехи.

Предложенные способы подавления ГСП позволяют проводить измерения при очень больших уровнях помех практически без снижения точности и быстродействия.

Снижение ' влияния коммутационных импульсных помех (КИП) на процесс уравновешивания ЦЭМ достигается различными путями.

Предлогено введение дополнительных состояний регулируемых декад (вместо 10 - 12), обеспечивании, мевдекадный гистерезис и исключающих циклические процессы переноса и заома в счетчиках регулируемых элементов.

ККП возникают в момент изменения состояния регулируемых элементов и длительность их известна. Это позволяет на время действия КИП прекращать подачу сигнала неравновесия МИЦ в УСН. Предложенная структурная схема ЦЭМ с временным фильтром в УСН приведена

на рис.4. '.'оси состоит из генератора Г, УСН, вклмчаю'дего в себя преобразователь то:са в напрямопио П7Н, вр&кзгаюЗ фильтр БЗ хз-бирателыкй ус;!лнтель КУ, о/плитудлого детектора ДД и экстремум-детс-ктора ЭД, рэгулгруемого элемента РЭ, счотчжа СЧ, триггера ревэрса ТР и одновкбратора ОВ. В процвссо уравьовоатзанхя ЦЗМ под управлением ТР счетчиком формжуятся сигналы меэдэкадных переносов (заемов). Они возбуждают ОВ, блокирующий (Г^пщианпрозштпо тракта ендэлошш огибающей. Длительность интэрзало блокировки мо^зю установить переменной в соответствии с тем, сколько декад одного параметра одновременно изменяют свое состояние.

Е;э одним путем снимания влияния коммутационных помех в ЦЗМ является пртаененле нелинейной Фильтрации в УСН.

Предложен двухканалышй фильтр, у которого один канал является "¿¡фокополосным с низким выходным сопротивлением, другой -избирательном, с высоким выходным сопротивлением. 1!е:чду выходами каналов вкличен ограничитель. Коэффициенты порвдачи каналов ¡та рабочей частоте равны. В установившемся режиме на выходах обоих каналов действуют детерминированные сигнала, равной амплитуды. Выходные сигналы каналов но взаимодействуют. Если приходит ;гл-пульсная помеха, возбуздается переходный процесс з ИУ. В том случае, о ели уровень переходного процесса Еша уровня срабатывания ограничителя, пфокопслосный каскад Судет снова шунтировать узкополосный.

Такие процессы- характерны в предложенных УСН ке только при прохождении импульсных помех, но и при отработке больших по уровню приращений сигнала неравновесия.

Истошписм внутр'.пгопборннх и?-тпульсных- помех (ШШ) является встроенный в ЦЗМ микропроцессорный контроллер (¡ЯШ).

Продлог.;ено повысить эффективность подавления шпсропроцоссор-;пх помех на вр??!Л преобразования сигнала неравновесия остановкой ШС или программированием ого на пшолпоннэ однородной операции, например, короткого цшела ожидания тактового импульса. При этом в точение времени преобразования сигнала поравповесия ПЗШ будут ко-горрзнтны сигналам фор:.мнроватолл тактовых сшульсов Ц5М, их вклад будет пелояшшм и его молю будет учость различными методами, например, как смещение нуля интегратора синхронного детектора при снятом питании ШЩ.

В третьей главе рассматриваются пути уменьшения влияния пупов на функционирование ЦЗМ, заключающиеся в согласовании шумовых

и импедоЕснгос параметров отдельных блоков ЦЗМ, при'.-эяэтг/ в Ц0.7 чвтырвхточечно£ шогошаговой параметрической модуляции, пошй-'нш' помехоустойчивости к сумам детектора равновесия с пржепетшем в-э-сових усреднителей.

Проведенный сравнительны^ анализ шумов в цз" с кошарзторо:! токов и без компаратора токов показал, что при высокоомшх объектах применение ко;.шаратора токов создает предпосылки для повпше-1Г.1Я помехоустойчивости ЦЭМ, однако реализовать их пожгло только при выполнении компаратора токов на супермаллое . При выполнении компаратора токов на форритах шумы на быходэ М1[Ц определяются иумата входного каскада УСН.

Выполнение компаратора токов па -супормаллоо или аморфном полоза п.*сбг>.г :т г> пкрокоь ^.(¡¡ьзоав рабочих частот (1 - 10 кГц) ^стлать высокое выходное сопро-лшлошш !7Ц.

Ото позволит более, чем в 10 раз снизить влияние иугюч ного каскада УСН на суммарное кумы , т.е. соответственно повысить помехоустойчивость ЦЭМ к шумам.

Проведен анализ повышения помехоустойчивости ЦЭМ при применена многошаговой четырохточечной парскэтрачосиоД модулады (ЫТЛ) с уровнями модуллции Ы и И по параметрам р ii о соотсетстг.чшо .

Определены зависит'.ости относительных погрешностей уравново-шпвания и бц от вызвавшей их погрешности детектирования <*ш :

6р = (<7п/ АРи3р > Г2". ^ = (си/ дЧД )ГТ .

Установлено 1сритическоо значение относительной погрешности, детектирования, при превышении которого ЦЭМ не уравновешивается:

б2 < 4М2ПгКг/ Ш2 + КЧС2)

Это значение в ?Ч / ш раз превосходит критически уровень помех при обычной модуляцш при том э шаге уравновешивания.

Следовательно, КЧМ позьоляот • уравновэцивать ЦТС! при уровне помех, значительно ьроьыаащем шаг уравноьс!г.ц:а:,;!я, причем при МЧМ , в отличие от обычной параметрической моду/ :ции, погт с ./юс.;. уравновешивания моает быть уменьшена усреднением результатов намерения .

При уровне помех, соответствующем одношаговому модудяцнонно-му приращению амплитуды сигнала неравновесия, ЫЧМ позволяет более, чем 3 раза снизить погрешность уравновешивания, т.е. повысить помехоустойчивость ЦЭМ.

Построение екшитудного детектора цэм на основе но совы;;

усрОДГП'Л'ОЛЭЙ позголяет значительно повысить помехоустойчивость 1ДСМ к г:умзм при измерзши на низких частотах, где высокую дсброт-еость УСН грудео реализовать. Вслх весовая функция представляет гсбой ]гр.т'оуголы;у:з знакопеременную Сункц:«.», содор::ег,уэ II itorao-пентсв о периодом ? , то нормированная спектральная характеристика смллитудиого детектора будет рпзпа:

КддЦ,) - ¿J i tz Pin «KI I

Показано, что амплитудный дэтоктор с тькой хар'кторнст^сой обеспечивает такое подавление вумзв в ЦЗМ , как и избирательный усилитель с добротностью N .

В четвертей главе ресскотропи способы улучпоняя динамически характеристик Ц5М с rEorcsfiroEcS модуляцией .

•Тор:афОЬ2НКО П'СОКЭГО урОПЕ! кодулшеюнпнх Б03Д0ЙСТГ"Й при гыз^впот более длятэ лкко переходные процессы 2 УСН, чем ври однояагопо."! «одул.'-цил. Уровень перэходах яроцессо» составляет 2М пагов урзгНоесш::е:л;:тл, что приводит к увелпеннп вдвое датольпо-стл такта урзвиог-'-'-.шьнпя.

.'•втором 1Гр?д.гс::;тп одпоизпрзлошш парсмэтрпчоскал при готорсм в одном из дзуX ыолутакюз модуляции ппвортнруется сигнал, постуягдг;-:.! на вход ксСирэтольпого звена ?СЛ. 3 этом случае урогень ггорэхо;;:г!:х процессов определяется нороглювоспем по параметрам л с:кт:.:аотся до одного з процессе ура-

Рассмотрен предлсмэшг:;;! 'Л.ГЗ.ГрилоБП'-хм способ формирования "?гморс::";н:^;7."' модуллщ'.огг-оы; воздействий для V.41', в котором моду-сн^плп ."место с снг.таг.см неравновесна Н'пр.^рыг.го го , Т;о,уиагсл в дзухипизгл/«;-: тр"чг гчг.э^яия годулпцгтонаого :t""p'V"етзм аг -г-:.;-';?'' (.'"гнала пер'.тноп'зсп. Определены требования "с xr.pní:T:?¡".tCi::K-.:4 ЧГ-^ЛО» ДЧТОКТ'^СТ'-'ГПШ ДП Od3C)I?tT;'<! ."ФДГШСЗ

irorpr-nccr.i У2г• спвя.

ГлзраСогагы структуры с тастр^шляцненнгм ¿^-г-югсглеп-ааэм на ссн:::.е "sarr-iroEoa ""р?."этг-г-'оской ''одулягп.

Тр сяссы "одуллцт'о-аюго зкетрэттоллцешгаго урзвнов?-

"нганпл, з котором оцен.'.пг^тсл пр^ггетг") кз^дрзтт г-"п™:тудч сигнала ПОрОЕЯОБЧСНЯ.

Стр;ел::! т-срогическп достудз'-мыЛ ур-свснь С;стродоЛетки 1Щ ;{ ого исмелоусгсГгп'ности при заданном вр«мзн:1 ием-зрэния.'

В пятой главе спасена практическая реализация результатов

теоретически;; и 8кспрэркмэнтальшх исследований. Гк гсхпи-

чоскио характеристики приборов, разработанных с ук:стпем автора или с использованием результатов ого исследования по данной теме.

Результаты теоретических и экспериментальных исследован^ внедрена в первых в стране се^ишшх кжфопроцоссорнлс каогойгск-циокальшх мостах переменного тока Р5033 к Р5034-, в серийном измерителе RCL Р5030, в измерителе угловых пэрокодэшй "Емкоспн-СУ для гсгоэмотра - спектрометра ГС-2Ц, микропроцессорном. измерителе параметров электролитических конденсаторов ПИЭД5а-0,2.

Наиболее полно результаты диссертационной работы использова-121 в цифровом универсальном экстремальном микропроцессорном, посте P50S3, внедренном с участием автора- в сорийпоо производство на Киевском ПО ''Точзлектрсгфпбор". Прибор построен в соответствии с ' хинной j работе структурой, обеспечив".:'.л,-.й пе.'^нление микропроцессорных помех. В приборе для устранения • влияния с-.;*.,. : помех имеются регенмы санхрснизацна и усреднения результатов измерений. Для снижения елияния ВГСН используется рзздм автоматического выбора'схемы измерения, соответствующей модели моста. Продол допускаемого значения основной погрешности измерения составляет ■0,02 .% .При калибровка моста по выелней мере продел допускаемого значения основной погрешности измерения составляет 0,005 %. Диапазон рабочих частот от 0,1 до 100 кГц. Время измерешш на частоте 1 кГц составляет 0,7 сок. Диапазоны измерения параметров составляют по емкости 10"1б...Ю (О), индуктивности 10...10' (Гн) и сопротивлении 10-5...101(Ом). Соискателем разработано программное обеспечение указанного прибора.

Частично результаты работы используются в других приборах. В частности,, предложенное в работе подавление микропроцессор:;^-: помех производится в измерителе угловых перемещений "й.жосш: - <1У", в мосте Р5034, в измерителе параметров елоктролптпчооких конденсаторов ПИЭ.КДА - О,?

В приложениях помещены акты внедрения приборов, раз:-: '.'отпилю; при учвотии автора, раочэт вконошчэоного е<&окта оч ния результатов разрабопси моста переменного тока Р5СЗЗ и изнэрн-теля RLC Р5030 .

Основные результаты работа заключаются в следующем:

1. Проведеп анализ действующих в ЦЗН помех. Ими являются: шума радиоэлектронных элементов, bucsko гармоники сигнала неравновесия, гармоничеетаю сетевнэ помехи, ког^утсцгоиш-) импульсное

помехи, внутриприборше импульсные помехи.

2. Исследовано влияние гармонических, импульсных помех и широкополосных шумов на процесс уравновешивания ЦЗМ. Получены аналитические выражения вызванной кавдым видом помех погрешности выделения амплитуда сигнала неравновесия. Установлена связь между погрешностью Еыделения амплитуда сж'нала нераЕновесия, уровнем параметрической модуляции и погрешностью уравновешивания ЦЗМ.

3. Определена зависимость уровня высших гармоник сигнала неравновесия от частотных характеристик объекта измерения при наличии и отсутствии резонансных явлений, предложен способ определения двухэлементной схемы измерения, соответствующей эквивалентной схеме замещения объекта измерения и обеспечивающей снижение уровня этих помех.

4. Предоохены структуры тракта выделения огибающей сигнала неравновесия с применением весовых усреднителей, эффективно подавляющ:» гармонические помехи;

5. Предложена структура микропроцессорного ЦЗМ, в котором микропроцессорные помехи устраняются прекращением функционирования микропроцессора на время выделения огибающей сигнала неравновесия путем использования рэкш/юв ожидания и прерывания.

6. Предложены структуры ЦЭМ с повышенной устойчивостью к гармоникам сотовых помех,"основанные на синхронизации полезного сигнала с сетевым напряжением и двухкратном измерении параметров объекта при различных соотношениях параметров полезного сигнала и гармонической сетевой помехи с последующей математической обработкой результатов измерений. Степень подавления помехи определяется стабильностью параметров помехи за время измерения.

7. Исследованы вопросы уменьшения уровня пумов в тракте выделения огибавдэй сигнала неравновесия, основанные на согласовании импедансных характеристик генератора, мостовой измерительной цепи, объекта измерения п усилителя сигнала нэравноЕесия, п показано, что компаратор токов позволяет существенно повысить помехоустойчивость ЦЗМ к путлам.

8. Разработаны новые метода многошаговой параметрической модуляции и экстраполяцконного уравновешивания, позволяющие одновременно повысить помехоустойчивость и быстродействие цифровых экстремальных мостов переменного тока.

9. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в первых в стране серийных микропроцессорных многофунк-

циональных мостах переменного тока Р5033 и Р5С34, в серийном измерителе ЕЙ Р5030, в измерителе угловых перемещении "Емкосш1-4У для гониометра - спектрометра ГС-2Ц, микропроцессорном измерителе параметров электролитических конденсаторов ШЭ.ВДА-0.2 .

Основные публикации по томе диссертации:

1. A.c. 584258 СССР, МКК3 G 01 .R 17/10. Быстродействующая экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока / С.Б.Гриневич, М.Н.Сурду, В.М.Могилевский (СССР) -"3 е.: ил.

2. A.c. 661Т63 СССР, ШГ^'Н-ОЗ К 5/20. Быстродействующий экстремум-детектор цифрового экстремального моста переменного тока/ О.Б.Гринезнч, М.Н.Сурду, В.М.Могилевский (СССР). - 3 е.: im.

:.. а.о. 894580 СССР, G 01 R 17/10. Способ автоматичес-

г.ого уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока/ Г.И.Войченко, В.М.Могилевский, М.Н.Сурду (СССР).- 4 е.: ил.

4. A.c. 941902 СССР, ¡.ЖИ3 G 01 R 17/10. Способ выбора двухэлементной схемы замещенил объекта измерения / Ж.П.Куравлев, В.Г.Мельник, В.М.Могилевский, О.А.Орнатский, В.В.Петухов, И.А.Фо-щенко (СССР). - 4 е.: ил.

5. A.c. 1128179 СССР, МКй3 G 01 R 17/10. Способ измерения параметров комплексного сопротивления при помощи уравновененшх мостовых цепей /Ф.Б.Грияевич, М.Н.Сурду, В.М.Могилевский, О.А.Ор-натский. - 2 е.: ил.

6. A.c. 1190269 СССР, МКИ3 G 01 R.17/10. Автоматический цифровой мост переменного тока / М.Н.Сурду, А.Д.Василенко, В.Г.Мельник, Н.И.Михайленко, В.М.Могилевский (СССР). - 3 е.: ил.

7. A.c. 1213424 СССР, МКИ3 G 01 -R 17/10. Цифровой экстремальный мост переменного тока со следящим уравновешиванием. / Ф.Б.Гриневич, М.Н.Сурду, В.М.Могилевский, Л.Н.Семенычеьа, Е.П.Нуравлев, Н.И.Михайленко, А.Д.Василенко. - 3 е.: ил.

8. Сурду Ы.Н., Войченко Г.И., Могилевсккй В.М. Способ автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока // Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных устройств и систем: Тез. докл. Респ. конф. - г.Киев, 1981. - с. 87 - 88

9. Василенко А.Д., Могилевский В.М., Орнатский O.A. О частотной зависимости коэффициента передачи уравновешенной мостовой измерительной цели при несогласованном включении // Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия из-

мерительных устройств и систем: Тез. докл. Респ. конф. - г.Киев, 1931. - с. 125 - 126

10. Гриневич О.Б., Сурду H.H., Ногллэвский В.М. и др. Цпфро-вой экстремальный !.юст переменного тока со следящим уравновешиванием // Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем: Тез.-докл. Респ. конф. - Г.Киев, 1985, вып.1 - с. 37.

11. Гринебич 0.3., Сурду м.н., Могилевский в.м. и др. Eipo-кополосный универсальный микропроцессорный мост переменного тока // Измерительные информационные системы: Гез. докл. Всесоюзной конф. - Ташкент, 1S37, часть II - с. 23.

12. Василенко А.Д., КогилеЕский В.М., Орнатский O.A. Измерение пар:метроз комплексных сопротивлений в условиях повышенного уровня сетевых помех // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике: Тез. докл. Респ.конф. -Харьков, 1S33 - с. 25 --26

13. Тротяк II.з., Могилевский В.М. и др. Снижение влияния микропроцессорных помех в измерителях параметров конденсаторов // Пути развития коцденсаторостроения: Тез. докл. конф. - Хмельницкий, 1589 - С. 67

14. Емкосшш /О.Б.ГриноЕПЧ, М.Н.Сурду, Л.С.Левицкий, В.М.Коптевский, А.К.Продан. - Киев: Наук, думка, 1990 г. - 168 с.

В работах 1, 2, 3, 5, 6, Т соискателем было предложено ввести в устройство или способ существенные признают, позволяющие получить положительный эффект. В этих работах результаты получены при равном участии авторов.

В работе 4 соискателем предложен способ выбора двухэлементной схемы зшеа-.ошя объекта изкероппя .

В работах 8, 9, 10, 11, 14 соискателем проведен анализ погрешностей измерения Ц?М, обусловленных воздействием помох.

3 работах 12, 13 соискатель предложил пути поЕшенил эффектности подавления сетевых и импульсных помех в измерителях параметров комплексных сопротивлений.

Соискатель: - Д^-А

РисЛ

Zx

Рис.2

¿.ч

к

JT° / - j

F5--*\гш\—\Щ

Рис.3

Г

Jr

пт

i

РЗ

rvüüJ

L

0.3

îj

J~

И У

Т

А А _

ЭА

сч

TP

Рис .4