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
Метрология и метрологическое обеспечение

Диссертационная работа:

Филимонов Василий Валерьевич. Разработка методов и средств повышения точности частотно-цифровых измерительных устройств на принципах автоматизации процессов измерений : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.15.- Москва, 2007.- 147 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3814

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список аббревиатур 4

Введение 5

Глава 1 Обзор состояния проблемы, постановка задачи 10

1.1 Механические методы и средства измерений линейных

размеров 10

1.2 Частотные измерительные преобразователи 15

1.3 Цифровые устройства в метрологических исследованиях 24

1.4 Измерительные системы на базе МПЭВМ 32

Выводы по первой главе 41

Глава 2 Методы и модели исследования 43

2.1 Цифровое представление сигналов звукового диапазона 43

2.2 Методы частотно-цифрового преобразования 48

2.3 Методы построения градуировочных характеристик

2.3.1 Построение градуировочных характеристик методом наименьших квадратов 66

2.3.2 Особенности использования сплайнов для построения градуировочных характеристик 69

2.3.3 Методы конфлюентного анализа и робастные методы построения градуировочных характеристик 73

2.4 Нормируемые метрологические характеристики цифровых СИ с СП 75

Выводы по второй главе 76

Глава 3 Реализация ЧЦСИ, экспериментальные исследования 79

3.1.1 Экспериментальное сравнение методов частотно-цифрового преобразования 79

3.2 Исследование и коррекция случайной составляющей погрешности измерения частоты 82

3.3 Исследование прогрессирующей составляющей погрешности измерения частоты 85

3.4 Исследование систематической составляющей погрешности.89

3.5 Алгоритм подбора рабочего диапазона ЧЦСИ 97

3.6 Методы повышения точности ЧЦСИ 99

Выводы по третьей главе 102

Глава 4 Перспективы применения результатов исследования 103

4.1 Структура и особенности применения частотно-цифрового средства измерения линейных размеров на базе СП и МПЭВМ 103

4.2 Внедрение результатов работы в учебный процесс 114

4.3 Перспективы внедрения результатов работы в промышленности 115

Выводы по четвертой главе 119

Заключение 121 Литература 123

Приложение А 131

Приложение Б 131

Приложение В 146

Приложение Г 147  

Введение к работе:

Актуальность работы. В соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании" (ФЗ-184 от 27.12.2002, введен 01.07.2003) основными направлениями технического регулирования в каждой организации являются: установление, применение и исполнение обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранению, перевозке, реализации и утилизации, определяемых техническими регламентами. Роль измерений в решении этих задач, а также в решении задач стандартизации и подтверждения соответствия, сертификации изделий и производственных процессов в рамках аттестации предприятий по стандартам ISO, переоценить невозможно.

Непрерывный рост требований к уровню качества и надежности технических устройств неизбежно порождает необходимость повышения количества и качества измерений, проводимых на всех этапах создания и жизненного цикла продукции. Обеспечение условий качества измерений на современном уровне (повышение точности и скорости процесса измерения) возможно только при условии использования передовых достижений науки и техники.

Наиболее продуктивное и эффективное направление развития современных средств производства, в том числе, измерительной техники -интеллектуализация. Под интеллектуализацией в диссертационной работе понимается высший на сегодня уровень автоматизации, связанный с использованием мощных персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) и передовых достижений в области разработки математического и программного обеспечения (ПО).

Таким образом, представляется актуальной разработка современного высокоточного, экономически эффективного и высокоавтоматизированного средства измерения на базе существующих измерительных преобразователей (ИП).

Цель работы состоит в повышении качества (точности и быстродействия) измерений посредством применения современных средств информационных технологий для совершенствования метрологических характеристик на принципах интеллектуализации как высшего уровня автоматизации процессов измерений.

Предметом исследования является проблематика совместного применения в решении метрологических задач частотно-цифрового метода измерений и современных достижений в области информационных технологий.

В качестве объекта исследования рассматривается частотно-цифровое средство измерений (ЧЦСИ) малых линейных перемещений на базе струнного ИП (СП) упрощенной конструкции и вычислительной системы.

В работе поставлены и решены следующие научно-технические задачи:

  1. Формирование комплекса математических моделей частотно-цифрового преобразования, автоматизированного метрологического исследования ЧЦСИ, автоматической коррекции погрешности ЧЦСИ.

  2. Исследование и выбор метода преобразования, оптимального для ЧЦСИ на базе СП и мультимедийной ПЭВМ.

  3. Создание программно-аппаратного комплекса ЧЦСИ на базе СП упрощенной конструкции, мультимедийной ПЭВМ и ПО при реализации методов автоматической коррекции погрешности.

  4. Экспериментальное исследование метрологических характеристик ЧЦСИ.

  5. Разработка методики построения стандартизированных ЧЦСИ на различной аппаратной базе.

Научная новизна работы.

  1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие создать обобщенную методику проектирования автоматизированных программно-инструментальных комплексов для прецизионных измерений линейных размеров. Новый принцип построения ЧЦСИ отличается от известных ранее тем, что заданная точность достигается не путем применения сложной дифференциальной конструкции и выбором оптимального участка диапазона ИП, а применением методов автоматической коррекции погрешности. В отличие от прототипа (ГОСТ 21625-76) исключаются трудоемкие операций механической настройки ИП, обеспечивается автоматизация метрологических испытаний, достигается новый уровень точности.

  2. Теоретически и экспериментально обоснована возможность использования входной платы АЦП мультимедийной ПЭВМ для преобразования сигналов электромеханических частотных датчиков неэлектрических величин в цифровой код.

  3. Разработан алгоритм обработки сигналов частотных датчиков, базирующийся на принципах анализа частотного сигнала,

преобразованного в цифровой код.

4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие автоматизировать процессы сбора и обработки результатов измерения линейных размеров изделий, с получением суммарной погрешности и ее составляющих. Права на оригинальные алгоритмы и ПО ЧЦСИ защищены свидетельством о регистрации программ для ЭВМ № 2007610616.

На защиту выносится:

  1. Принцип построения ЧЦСИ со СП упрощенной конструкции (УИП-8) на основе методов автоматизации и интеллектуализации процессов измерений.

  2. Метод ввода в ПЭВМ сигналов частотных ИП, основанный на применении входной платы АЦП мультимедийной ПЭВМ и принципов анализа частотного сигнала, преобразованного в цифровой код.

  3. Алгоритм автоматического сбора и обработки результатов измерений с определением значений нормируемых метрологических характеристик и его программная реализация на базе высокоуровневых средств программирования (.Net, С#).

Практическая значимость полученных результатов проявляется в следующем:

  1. Упрощение конструкции применяемых ИП. В опубликованных ранее работах Скачко Ю.В., Капырина В.В. рассматривались частотные измерительные устройства на базе дифференциальных измерительных преобразователей (УИП-4, УИП-5ВМ). Дифференциальная схема позволяет уменьшить систематическую составляющую погрешности путем компенсации нелинейности функции преобразования струнных датчиков. Предлагаемая к использованию в данной работе однострунная недифференциальная схема (датчик УИП-8) позволяет существенно упростить конструкцию, существенно уменьшить количество операций высокоточной механической обработки, уменьшить количество операций по настройке и тем самым снизить стоимость устройства (см. Рис. 1).

  2. Повышение качества измерений линейных размеров:

а. Расширение диапазона. Применение методов автоматической коррекции погрешности (в частности, метода образцовых сигналов, метода исключения промахов) позволяет

использовать большую часть диапазона ИП. Для исследуемого ИП УИП-8 расширенный диапазон составляет 0,15 мм, что превосходит диапазон прототипа в 1,5 раза. Снижение погрешности. Для всех точек расширенного диапазона выполняются условия ограничения погрешности (0,01 % случайная составляющая и 0,1 % систематическая составляющая погрешности).

Снижение времени измерения. Применение ПЭВМ минимизирует время выполнения трудоемких операций анализа сигнала измерительной информации. Модернизация математической модели метода дискретного счета позволяет достигать требуемой точности (0,5 Гц) при времени измерения 1 с.

Рис. 1 ИП УИП-5ВМ (дифференциальная двухструнная схема), ИП УИП-8 (недифференциальная однострунная схема).

  1. Повышение производительности процесса контроля. Достигается обеспечением операций автоматической регистрации и анализа результатов измерений и контроля.

  2. Снижение утомляемости оператора и вероятности внесения субъективной погрешности.

  3. Перспективы по развитию направления многофункциональных автоматизированных СИ и измерительных систем на базе частотных датчиков и серийных ПЭВМ. Дальнейшая модернизация алгоритмов автоматической коррекции погрешности обеспечивает возможность упрощения конструкции применяемых ИП, что позволит строить экономически эффективные высоко-

точные измерительные системы на базе упрощенных ИП и без внесения дополнительных изменений или модулей сопряжения в состав и конструкцию ПЭВМ. Методы и средства исследований. При решении поставленных задач применен методический аппарат, включающий:

  1. Методы гармонического анализа сигналов.

  2. Методы аналого-цифрового (частотно-цифрового) преобразования.

  3. Методы построения и оценки градуировочной характеристики (ГХ).

  4. Методы автоматического анализа и коррекции погрешности.

5. Методы нормирования метрологических характеристик СИ.
Экспериментальные исследования проводились на базе

лабораторных стендов, оборудованных СП: перемещения (УИП-4, УИП-5ВМ, УИП-8) и угла наклона (УИП-1НК); в качестве вычислительной базы разрабатываемого устройства использовались настольные, портативные и карманные мультимедийные ПЭВМ различной конфигурации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодной Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва 2002, 2003, 2004, 2005, 2006), Международной конференции и выставке "Цифровая обработка сигналов и ее применение" (Москва 2003, 2004, 2005), Научной сессии Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, посвященной Дню радио (Москва 2003, 2005, 2006), НІЖ Современные информационные и электронные технологии (Одесса 2005).

Публикации по теме работы. Основные результаты работы опубликованы в 2 статьях и 15 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Подобные работы
Телитченко Геннадий Петрович
Разработка и исследование методов и образцовых средств измерений электрического напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала в диапазоне частот 100 кГц + 1000 МГц
Еняков Александр Михайлович
Разработка методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц
Савелькаев Сергей Викторович
Разработка и исследование методов и прецизионных средств измерения S-параметров активных СВЧ-цепей
Чернышев Вячеслав Иванович
Разработка цифрового метода совпадений для прецизионных измерений активности радионуклидов
Голубев Сергей Сергеевич
Разработка и исследование методов и средств метрологического обслуживания сканирующих зондовых микроскопов
Мусин Ильгиз Азданович
Разработка и исследование способов повышения точности оценок погрешностей средств измерений (на примерах средств измерений расхода, объема, массы жидкостей и газов)
Горелова Нонна Евгеньевна
Исследование и разработка метрологического обеспечения средств измерений массового расхода жидкости нефтяных скважин
Шишкин Андрей Юрьевич
Разработка методик многофакторного анализа технологических измерений и проектирования параметров технологической линии при производстве ракетно-космической техники
Лысенко Валерий Григорьевич
Разработка и исследование системы обеспечения единства координатных измерений геометрических параметров обработанных поверхностей
Хворостов Борис Александрович
Разработка и создание элементов государственной системы обеспечения единства измерений комплексного коэффициента отражения в СВЧ диапазоне

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