Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Диссертационная работа:

Абрамов Геннадий Николаевич. Разработка методов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов : ил РГБ ОД 61:85-5/2748

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5

1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА
СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ
АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫХ И
РЕДКОПОВТОРЯЮЩИХСЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ 14

  1. Специфика измерения амплитудно-временных параметров одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов 14

  2. Методы цифрового измерения амплитуды одиночных

и редкоповторяющихся импульсных сигналов. . . 17

  1. Прямые методы 17

  2. Косвенные методы 26

  3. Комбинированные методы 35

1.3. Методы цифрового измерения временных интерва
лов одиночных и редкоповторяющихся импульсных
сигналов 39

  1. Прямые методы 39

  2. Косвенные методы 41

  3. Комбинированные методы 47

1.4. Основные результаты и выводы 57

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО МЕТОДА
ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД ОДИНОЧНЫХ И
РЕДКОПОВТОРЯЮЩИХСЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ 59

  1. Рециркуляционные измерители, выполненные по методу суммирования 59

  2. Схемы замещения рециркуляторов рециркуляционных измерителей, выполненных по методу сум-

мирования 65

  1. Погрешность, вносимая рециркулятором в процесс; измерения рециркуляционных измерителей, выполненных по методу суммирования 66

  2. Погрешность рециркуляционных измерителей, выполненных по методу суммирования 82

  3. Рециркуляционные измерители, выполненные по методу вычитания 100

  4. Схемы замещения рециркуляторов рециркуляционных измерителей, выполненных по методу вычитания 105

  5. Погрешность, вносимая рециркулятором в процесс измерения рециркуляционных измерителей, выполненных по методу вычитания 108

  6. Погрешность рециркуляционных измерителей, выполненных по методу вычитания 114

2.9. Основные результаты и выводы 136

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ ОДИНОЧНЫХ И РЕДК0П0ВТ0РЯЮЩИХСЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ.- ..... 139

  1. Рециркуляционные измерители временных интервалов одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов 139

  2. Многокаскадные рециркуляционные измерители временных интервалов одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов 145

  3. Распределение общего числа разрядов выходного кода между каскадами многокаскадных рециркуляционных измерителей и выбор числа каскадов при

критерии минимума времени измерения ........ 151

  1. Способы повышения быстродействия измерения рециркуляционных измерителей временных интервалов. . . 155

  2. Последовательно-параллельные измерители временных интервалов (ППВК) одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов 167

  3. Погрешность измерения последовательно-параллельных измерителей временных интервалов 174

  4. Распределение общего числа разрядов выходного кода между каскадами последовательно-параллельных измерителей временных интервалов при критерии минимума объема аппаратурных затрат 175

3.8. Основные результаты и выводы 178

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫХ И РЕДКОПОВТОРЯЮЩИХСЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ ... 180

  1. Результаты разработки и экспериментального исследования цифровых измерителей амплитуд одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов . . . 180

  2. Результаты разработки и экспериментального исследования цифровых измерителей временных интервалов одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов 193

4.3. Основные результаты и выводы 211

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 213

ЛИТЕРАТУРА 217

ПРИЛОЖЕНИЕ 228

Введение к работе:

Одной из центральных экономических и важных политических задач в настоящее время, и это еще раз отмечено в Проекте Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1981-85 годы и на период до 1990 года, является повышение эффективности и качества общественного производства [i] . Важнейшим резервом выполнения этой задачи является повышение уровня техники измерения. Этим подчеркивается исключительная роль измерительной техники в одиннадцатой пятилетке.

Среди большого многообразия различных видов измеряемых сигналов особое место занимают сигналы, носящие однократный или редкоповторяющийся характер.

Все возрастающий интерес к измерению одиночных и редко-повторяющихся сигналов объясняется не только их широким использованием в различных областях науки и техники, но также и значительными возможностями, которые открывают методы одноразовых измерений для повышения быстродействия обработки больших и разнообразных массивов информации, например, в системах обегающего контроля, при испытании интегральных логических микросхем и ферромагнитных изделий в массовом производстве [2] .

Исследования в области физики твердого тела, в частности оптических квантовых генераторов, отработка различных устройств однократного действия, ядерные исследования, например изучение частиц высоких энергий, баллистические и ряд биологических исследований весьма часто сопровождаются одиночными или редкоповторяющимися импульсными процессами [2] .

С аналогичным положением сталкиваются при изучении явлений вторичной эмиссии фотопроводимости и других свойств диэлектриков и полупроводников, а также при исследовании в об-

- б -

ласти физики плазмы, при сейсмических исследованиях и изучении ферромагнитных материлов. Широкое распространение получили методы исследования прочности и надежности материалов и конструкций с помощью одиночных механических, тепловых, ионизирующих и других воздействий.

Приведенный далеко не полный перечень областей применения однократных и редкоповторяющихся импульсных процессов указывает на широкий круг отраслей науки и техники, где необходимо их измерение. Наибольший интерес при этом представляет измерение амплитудных и временных характеристик одиночных или редкоповторяющихся сигналов, дающих наибольший объем полезной информации о параметрах однократного процесса. Для этих целей используются различные датчики и преобразователи, выходная функция которых представляет одиночный или редкоповторяющийся импульсный электрический сигнал,параметры (амплитуда, временной интервал и т.д.) которого несут информацию о характеристиках исследуемого процесса.

В этой связи понятно то огромное внимание, которое уделяется вопросам построения цифровых измерителей амплитудно-временных параметров одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов, в дальнейшем моноимпульсных электрических сигналов (МИЭС) [3] .

Решению данных вопросов посвящено большое количество научных исследований, проводимых как в нашей стране, так и за рубежом. Большой вклад в развитие теории и практики цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС внесли такие советские ученые и руководимые ими коллективы, как Э.И.Гитис, М.М.Гельман, М.И.Грязнов, М.Л.Гуревич, С.В.Денбновецкий, Н.Р.Карпов, Л.Н.Касперович, З.В.Маграчев, А.А.Моругин, К.А.Не-

требенко, Э.К.Шахов, В.М.Шляндин.

Для измерения амплитудно-временных параметров МИЭС отечественной промышленностью выпускаются цифровые вольтметры и цифровые измерители временных интервалов (соответственно группы В4 и И2 по ГОСТ 15094-69), а также стрелочный измеритель параметров импульсов И4-3. Общий их недостаток заключается в высокой погрешности измерения±(5 -г 10)%, низком быстродействии и значительном объеме аппаратурных затрат. Указанные недостатки являются сдерживающим фактором при изучении различных процессов носящих одиночный или редкоповторяющийся импульсный характер.

Из изложенного следует необходимость и актуальность усовершенствования существующих или разработка и исследование новых более совершенных методов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС,

Тематика диссертационной работы соответствует перечню ГКНТ СМ СССР важнейших научно-технических проблем, раздел "Целевые комплексные научно-технические программы по отраслям народного хозяйства", пункт 40 - создание и производство приборов, измерительно-вычислительных комплексов и систем для научных исследований - научное приборостроение.

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию некоторых вопросов теории и разработке новых способов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС, обладающих высокими техническими характеристиками.

В данной работе поставлены и решаются следующие основные задачи:

I. Проводится систематизированный обзор методов построения цифровых измерителей амплитудно-временных параметров МИЭС.

Обосновываются целесообразность и перспективность использования рециркуляционного метода для измерения амплитудных значений, рециркуляционного и последовательно-параллельного методов для измерения временных интервалов МИЭС.

Z. На основе предложенной математической модели амплитудных рециркуляторов проводится аналитическое исследование их динамических свойств.

  1. Анализируются статические погрешности рециркуляционных методов цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС и последовательно-параллельного метода цифрового измерения временных интервалов. Выявляются на этой основе наиболее перспективные измерительные структуры.

  2. Разрабатывается и исследуется ряд новых способов повышения быстродействия рециркуляционных цифровых измерителей временных интервалов.

  3. На основе проведенных теоретических исследований разработан ряд цифровых измерителей амплитудно-временных параметров.

Методы исследования базируются на использовании классической теории электрических цепей, линейных интегральных уравнений, теории погрешностей, математического анализа. Расчет параметров математической модели амплитудных рециркуляторов рециркуляционных измерителей, выполненных по методу суммирования, проведен с использованием ЭЦВМ.

В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

I. Разработаны и аналитически исследованы математические модели рециркуляторов рециркуляционных измерителей, выполненных по методам суммирования и вычитания. Выведены импульсные

и переходные характеристики реальных рециркуляторов.

  1. Выведены аналитические выражения, описывающие выходные сигналы рециркуляторов. По выведенным выражениям составлены схемы замещения рециркуляторов, выполненных с цепями обратной связи, рециркуляторами, выполненными без цепей обратной связи.

  2. Установлена связь между математическими моделями рециркуляторов рециркуляционных измерителей, выполненных по методам суммирования и вычитания.

  3. Показано, что относительная погрешность, вносимая в процесс измерения рециркуляторами, зависит от произведения двух составляющих, первая из которых обусловлена коэффициентом передачи, а вторая - ограниченностью полосы пропускания линии задержки амплитудного рециркулятора.

  4. Для рециркуляционных измерителей, выполненных по методам суммирования и вычитания с учетом относительной мультипликативной погрешности, обусловленной отличием текущего значения коэффициента передачи рециркулятора от своего номинального значения, выведены выражения, описывающие значения относительных погрешностей измерения.

  5. Аналитически рассмотрен рециркуляционный метод измерения временных интервалов. Определены его погрешности и быстродействие измерения.

  6. Впервые показано, что в основу построения рециркуляционных измерителей амплитуд, выполненных по методу вычитания и рециркуляционных измерителей временных интервалов положен один и тот же принцип - принцип регрессии.

На защиту выносятся следующие основные положения:

I. Результаты классификации, обзора и сравнительной оцен-

ки существующих методов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС.

2. Принцип регрессии, устанавливающий свойство дуально
сти (двойственности) между рециркуляционными измерителями
амплитуд, выполненных по методу вычитания и рециркуляционными
измерителями временных интервалов.

  1. Результаты разработки и исследования рециркуляционного метода цифрового измерения амплитуд одиночных и редкопо-вторяющихся импульсных сигналов.

  2. Математические модели амплитудных рециркуляторов рециркуляционных измерителей МИЭС.

  3. Результаты разработки и исследования рециркуляционного и последовательно-параллельного методов цифрового измерения временных интервалов МИЭС.

  4. Синтезированные новые схемы рециркуляционного цифрового измерения амплитудно-временных параметров одиночных и ред-коповторяющихся импульсных сигналов.

Практическая ценность работы состоит:

  1. В выявлении предельных возможностей по точности, быстродействию и объему аппаратурных затрат основных методов цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС.

  2. В установлении, что задача достижения минимального значения относительной погрешности измерения рециркуляционных измерителей амплитудных значений может решаться в двух направлениях. Первое состоит в приближении значения коэффициента передачи рециркуляторов возможно более ближе к единице, второе - в получении необходимого цифрового результата измерения при ограниченном числе циркуляции.

  3. В разработке ряда структурных схем рециркуляционных

- II-

измерителей, выполненных по методам суммирования и вычитания, позволяющих при ограниченном числе циркуляции достигать необходимого цифрового результата измерения.

  1. В предложении методик выбора необходимой структуры амплитудно-цифрового измерения, исходя из необходимой точности измерения.

  2. В разработке и аналитическом исследовании по точности, быстродействию и объему аппаратурных затрат ряда способов повышения быстродействия измерения рециркуляционных измерителей временных интервалов.

  3. В разработке и аналитическом исследовании последовательно-параллельного метода построения цифровых измерителей временных интервалов.

  4. В разработке на базе предложенных структур электрических схем цифровых измерителей амплитудно-временных параметров МИЭС, имеющих высокие технические характеристики.

Реализация результатов работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором, разработан ряд цифровых измерителей, из которых внедрен на одном из предприятий г.Горького многоканальный цифровой синхронный коррелометр. Годовой экономический эффект от внедрения указанного прибора составил 189,6 тыс.руб.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей параметров электрических сигналов и цепей" (г.Ульяновск, 1978г.), на научно-технической конференции "Методы и устройства повышения качества приборов, систем и аппаратов"(г.Ульяновск, 1979 г.), на 3-ей Всесоюзной конференции "Ультразвук в физиологии и медицине"

- 12 -(г.Ташкент, 1980 г.), на Республиканской конференции "Вопросы теории и проектирования преобразователей информации" (г.Киев, 1981 г.), на второй Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства аналого-цифрового преобразования параметров электрических сигналов и цепей" (г.Пенза, 1981 г.), на 5-ом Всесоюзном симпозиуме "Нано- и пикосекундная импульсная техника и ее применение в радиоизмерениях" (г.Горький, 1983 г.), на Республиканской конференции "Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи" (г.Таллин, 1983 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Ульяновского политехнического института в I98I-I984 годах.

Работа также получила апробацию на предприятии при выполнении хоздоговорной НИР.

Основные положения диссертационной работы изложены в 31 публикации. Оригинальность разработок подтверждена 15 авторскими свидетельствами на изобретения.

Первая глава посвящена классификации, обзору и сравнительной оценке существующих методов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров МИЭС. Впервые показывается, что в основу построения рециркуляционных измерителей амплитуд, выполненных по методу вычитания и рециркуляционных измерителей временных интервалов, положен один и тот же принцип - принцип регрессии.

Во второй главе рассматриваются вопросы разработки и исследования рециркуляционного метода цифрового измерения амплитуд одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов. Разработаны и исследованы математические модели основных разновидностей амплитудных рециркуляторов.

В третьей главе рассматриваются и исследуются рециркуляционный и последовательно-параллельный методы цифрового изме-

рения временных интервалов МИЭС. Предложены способы повышения быстродействия рециркуляционного метода измерения.

В четвертой главе приводятся результаты разработки и экспериментального исследования цифровых измерителей амплитудно-временных параметров МИЭС.

В приложении приведены программы и результаты расчета переходных характеристик и уравнения огибающей амплитуд импульсов на выходе реального рециркулятора рециркуляционных измерителей, выполненных по методу суммирования, выполненные на ЭЦВМ EC-I030, а также сведения о внедрении разработанных измерителей.

Подобные работы
Ташлинский Александр Григорьевич
Методы и средства измерения амплитудно-временных параметров наносекундных импульсных сигналов цифровых ИС
Першенков Петр Петрович
Разработка и исследование измерительных преобразователей параметров переменных сигналов и цифровых средств измерения на их основе
Кутлуяров Георгий Халифович
Разработка и исследование методов построения преобразователей сопротивления резистивного датчика для малопроводных средств измерения параметров технологических процессов в нефтяной промышленности
Павленко Евгений Сергеевич
Разработка методов и образцовых средств измерений электрического сопротивления (10 в 4-ой степени - 10 в 12-ой степени Ом)
Шаповалов Виктор Григорьевич
Исследование и разработка методов и средств контроля промышленных сред гидрометаллургических процессов
Новиков Виктор Александрович
Исследование и разработка методов и средств обеспечения метрологической надежности прецизионных микропроцессорных мультиметров
Палубабкин Юрий Викторович
Разработка и исследование методов и средств прямого преобразования мгновенного значения напряжения в код
Ефименко Виктор Михайлович
Разработка и исследование адаптивных методов и средств для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов
Шаронов Геннадий Иванович
Разработка средств измерения параметров пассивных двухполюсников в многополюсных электрических цепях на основе алгоритма изменения конфигурации измерительной цепи.
Янков Алексей Викторович
Разработка и исследование цифровых методов повышения быстродействия и точности вольтметров переменного напряжения инфранизкого диапазона частот.

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net