Шведова Вікторія Вікторівна

доцент, кандидат технічних наук,

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського,

м. Київ, Україна

 

Шейнич Сергій Ігорович

магістрант,

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського,

м. Київ, Україна

 

 Анотація: С статті описано можливий варіант реалізації калібрування генератора частоти, при якому еталонний сигнал частоти надсилається з віддаленої лабораторії, що значно скорочує тривалість процедури калібрування та витрати на перевезення обладнання. При цьому описано порядок опрацювання результатів вимірювання та розрахунку невизначеності цих результатів. На основі запропонованої структури та алгоритму опрацювання результатів калібрування запропоновано побудувати систему калібрування, яка в автоматичному режимі здійснюватиме опрацювання даних вимірювання та видачу результатів калібрування.

 Ключові слова: калібрування, інтернет-метрологія, невизначеність вимірювання.

 

 Інтернет-метрологія – це сфера метрології, а точніше надання метрологічних послуг, яка набуває поширення в найбільш розвинених країнах світу. Найбільшого поширення системи інтернет-метрології набули в Японії, Великобританії, Нідерландах, Сполучених Штатах Америки. В цих країна такий вид послуг є легалізований і реалізується на рівні з традиційними метрологічними сервісами.

 Метою інтернет-метрології, є зокрема, спрощення процедури калібрування за рахунок проведення цієї процедури на стороні замовника, що дозволяє економити час та фінансові витрати клієнтів [1-2]. 

 Одним з можливих варіантів проведення калібрування на стороні клієнтів є калібрування генераторів частоти. Оскільки частотний сигнал може бути переданий дистанційно: через радіосигнал, за допомогою кодування та передачі через інтернет або передавати по телефонним лініям зв’язку, то такий вид калібрування на відстані є таким що досить легко реалізується [3].

 В роботі представлена схема калібрування генератора частоти з використанням віддаленого доступу до сигналу еталонної частот (рисунок 1).

 

 Рисунок 1 - Базова архітектура системи інтернет-калібрування генератора частоти.

 

 За цією схемою на стороні метрологічної служби формуєтьча еталонний сигнал заданої частоти (за допомогою еталогнного генератора). Цей сигнал кодується відповідним чином і передається через мережу інтернет з забезпеченням потрібної точності передачі даних та використанням захисту цих даних. Приймаючий ПК на стороні клієнта забезпечує отримання сигналу еталонної частоти, який передає на цифровий вимірювач частоти (ЦВЧ). З іншого боку на цифровий вимірювач частоти передається встановлене значення сигналу частоти з генератора, що калібрується.  Таким чином цифровий  вимірювач частоти забезпечує вимірювання різниці еталонного значення частоти та частоти, що поступає від генератора, який калібрується. Вимогою до ЦВЧ є висока прецезійнійсть, що дозволяє використовувати його в процедурі калібрування.

 Метою калібрування є отримання:

• Реального значення частоті в точці калібрування генератора;
• Оцінювання невизначеності калібрування.

 Для вирішення цих задач проводить n -кратне вимірювання різницевої частоти (зокрема, можна обрати n=100 ). 

 Отримання достатньої статистики дозволяє вирішити декілька задач:

• Підвищити точність оцінювання значення частоти в кожній точці калібрування;
• Отримати оцінку розширеної невизначеності в точні без використання завищеної оцінки;

 Отже результат оцінювання значення в точці калібрування визначатиметься як:  , де   - еталонне значення частоти, що поступає від метрологічної служби;   - результат вимірювання різницевої частоти частотоміром.

 Оскільки проводиться багаторазове вимірювання частоти частотоміром, то в якості результату вимірювання має бути обрана статистика, яка найкращим чином відображатиме результат вимірювання частоти. Отже задачею є знаходження міри центральної тенденції   сукупності n результатів вимірювання. Тоді попередня формула набуватиме виду:

 

 Для визначення міри центральної тенденції потрібно визначити вид розподілу результатів вимірювання частоти. Для цієї мети можна скористатися відповідними статистичними критеріями, зокрема, критерієм  .

 З огляду від отриманого результату можна обрати відповідну статистику для оцінювання результату вимірювання: середнє арифметичне, медіану, усічене середнє тощо (таблиця 1).

Таблиця 1.

 

 За таблицею 1 можна знайти не лише оптимальне значення результату вимірювання частотоміром, а й оцінку складової стандартної невизначеності вимірювання частотоміром, оцінену за типом А:  .

 Невизначеність частотоміра, обумовлена його інструментальною складовою похибки,  визначає невизначеність складову невизначеності, що оцінюється за типом В. Зокрема, якщо відома відносна похибка вимірювання частотоміром  у %, то:  .

 Поєднання цих двох складових дозволить оцінити стандартну невизначеність вимірювання різницевої частоти частотоміром:  .

 Стандартна невизначеність оцінки частоти генератора в точці калібрування визначається невизначеність еталонної частоти, що передається та невизначеністю вимірювання різницевої частоти частотоміром:  .

 Враховуючи той факт, що еталонна частота може передаватись, зокрема, від вторинного еталона частоти, то невизначеністю її відтворення можна знехтувати. Тому невизначеність оцінювання частоти в точці калібрування практично повністю визначатиметься точністю прецезійного частотоміра:  .

 Оскільки за умови суттєвості варіації результатів вимірювання різницевої частоти, складова невизначеності, оцінена за типом В буде домінувати, то вид її розподілу і буде визначати квантільний коефіцієнт, за допомогою, якого буде оцінюватись розширена невизначеність оцінки частоти генератора в точці калібрування:  .

 Для випадку нормально розподілу результатів вимірювання різницевої частоти і довірчої ймовірності t=2 , для рівномірного розподілу - t≈2,6  , для інших видів розподілу передбачає розрахунок, спираючись на відомі аналітичні вирази функції розподілу.

 Реалізація зазначених алгоритмів опрацювання даних вимірювань може закладена в автоматизовану системи, що швидко і надійно формуватиме результати щодо процедури калібрування генератора частоти.

 

Література

1. Величко О.М. Калібровка засобів вимірювальної техніки через інтернет: стан і перспективи впровадження //Український метрологічний журнал, 2006, №1. – с. 45-49.

2. Величко О.Н., Гурин Р. В., Баранов П.Ф. Организация дистанционной калибровки средств измерений электрических величин // Известия томського политехнического университета, 2014, Т.324, № 5. – с. 108-114. http://www.lib.tpu.ru/fulltext/v/Bulletin_TPU/2014/v324/i5/13.pdf

3. Рекомендация МСЭ-R TF.460-6. Излучение стандартных частот и сигналов времени (Вопрос МСЭ- R 102/7), 2002. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/tf/R-REC-TF.460-6-200202-I!!PDF-R.pdf.