Наіт Буда Аніс Мунірович

студент

НТУУ “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”

місто Київ, Україна

 

 Анотація: запропоновано вимірювальний канал з віддаленою передачею розміру довжини  з використанням частоти як проміжної величини, що може бути використана при побудові систем інтернет-калібрування.

 Ключові слова: калібрування, повірка, інтернет-метрологія, частота, простежуваність.

 

 На сьогоднішній день набувають поширення системи інтернет-калібрування, принцип роботи яких базується на віддаленій передачі еталонних величин, що зіграло важливу роль у розвитку інтернет-метрології. Це дозволяє спростити забезпечення простежуваності на різних рівнях.

 З цією тенденцією пов’язана  необхідність створення еталонів, які забезпечують такий варіант передачі еталонної величини або сигналу. В такому випадку використовують  стандарти одиниць фізичних величин, які можна перетворити на частотні сигнали (частота як проміжна фізична величина, що може передаватися, наприклад, з використанням системи GPS). До фізичних величин, які дозволяють формувати проміжні частотні сигнали відносять: час, напругу, довжину, безпосередньо частоту тощо [1]. 

 Зважаючи на те, що найбільш зручною для віддаленої передачі є частота, в статті [2] запропонована схема передачі деякої величини X з перетворенням її на частоту та подальшим кодуванням. При цьому можливі 3 варіанти реалізації такої схеми: автогенераторні датчики, що включають один автогенератор; два автогенератора - вимірювальний і компенсаційний та два вимірювальних автогенератора, чутливі елементи яких з'єднаними за дифференційною схемою.

 Для створення вимірювального каналу з віддаленою передачею розміру довжини для систем інтернет-калібрування використовуємо LC-автогенератор, до якого підключено ємнісний чутливий елемент.

 Тоді структурна схема набуває вигляду – рисунок 1.

  

Рисунок 1 – Схема вимірювального каналу з віддаленою передачею розміру довжини для систем інтернет-калібрування.

 

 На схемі позначено: ЧЕ – чутливий елемент; АГ – автогенератор; ТГ – тригер; НП – нормуючий пристрій; АЦП – аналого-цифровий перетворювач; ДОН – джерело опорної напруги; МК – мікроконтроллер; БВІ – блок введення іформації; ІБ – інтерфейсний блок; ПЕОМ – персональна електронно-обчислювальна машина; БЖ – блок живлення.

 Перетворення сигналу за схемою, наведеною на рис.1, відбувається наступним чином.

 За відсутності на вході датчика вимірюваної величини (X=0) ємність чутливого елементу дорівнює початковій (C₁=C). При цьому вимірювальний автогенератор генерує сигнал з частотою:  . При зміні вимірюваної величини на ΔX змінюється значення ємності чутливого елемента на ΔC і автогенератор генерує сигнал з частотою:

 

 де K=ΔC/CX - коефіцієнт перетворення чутливого елемента. 

 Отже характеристика перетворення такого датчика має наступний вигляд:

 

 В якості давача використано ємнісний датчик переміщення. Отже вхідною величиною X є переміщення d, яке пов'язано з ємністю за наступною формулою:

 

 де ε₀ – діелектрична стала; ε - є діелектричної проникністю матеріалу; d – зазор; S - площа пластин.

 Таким чином, функція перетворення фізичної величини d на частотний сигнал f матиме такий вигляд:

 

 де   

        d_поч – початкова відстань між пластинами ємнісного датчика; 

        d_нов – поточна відстань між пластинами.

 Тоді

  

 Таким чином встановлюючи фіксовану різницю між кінцевим та початковим положенням пластин можна задати розмір потрібної еталонної довжини, яка за допомогою ємнісного давача і автогенератора перетворюється на частотний сигнал. Цей частотний сигнал може бути переданий у віддалену лабораторію за допомогою відомих способів передачі сигналу частоти. 

 Крім того частотний сигнал може бути закодований і переданий за допомогою дротових або бездротових ліній зв’язку, наприклад, за допомогою мережі інтернет, оптичних ліній зв’язку тощо. 

 Здійснення кодування за наведеною схемою описано в статті [2]. При цьому вихідний сигнал автогенератора подається на кодуючий пристрій, де перетворюється на цифровий код.

 Код, що відповідає початковому значенню вимірюваної величини (початкове положення пластин ємнісного давача d_поч) відповідає коду N₀, що визначається за формулою:

 

 яке зберігається в оперативній пам'яті МК.

 Код, що відповідає кінцевому значенню вимірюваної величини (кінцеве положення пластин ємнісного давача d_нов) відповідає коду N₁, що визначається за формулою:

 

 яке також зберігається в оперативній пам’яті МК. 

 Далі в обчислювальному блоці МК відбувається формування вихідного сигналу вимірювального перетворювача у вигляді числового коду наступним чином:

 

 Для ємнісного давача переміщення попередній вираз набуває вигляду:

      

 Таким чином, запропонована схема дозволяє реалізувати перетворення малих розмірів довжини на частотний сигнал з подальшою передачею у віддалену лабораторію або її кодування та передачу через дротові та бездротові мережі, що дозволяє реалізувати популярне на сьогоднішній день в розвинених країнах інтернет-калібрування.

 

Література:

1. Software Support for Metrology: GPG 19 – Internet-enabled Metrology Systems (NPL Report DEM-ES 012), June 2006.

2. Кондрашов С.И., Гусельников А.В. Метод постороения универсальных преобразователей физических величин с частотным представлением измерительной информации // Український метрологічний журнал, 2011, №2.