Багатоканальні багаточастотні кварцові генератори зі скороченим часом встановлення коливань

Размещено на http://allbest.ru

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

БАГАТОКАНАЛЬНІ БАГАТОЧАСТОТНІ КВАРЦОВІ ГЕНЕРАТОРИ ЗІ СКОРОЧЕНИМ ЧАСОМ ВСТАНОВЛЕННЯ КОЛИВАНЬ

Спеціальність: 05.12.13 - пристрої радіотехніки та засобів телекомунікацій

Підченко Сергій Костянтинович

Харків - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (м. Харків) Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Колпаков Федір Федорович,

Державний аерокосмічний університет

ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (м. Харків),

кафедра приймально-передавальних пристроїв.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук Єфімов Борис Петрович, Інститут радіофізики та електроніки НАН України, провідний науковий співробітник;

кандидат технічних наук, доцент Мареха Анатолій Семенович, Харківський інститут льотчиків Міністерства оборони України, начальник кафедри авіаційних засобів зв'язку.

Провідна установа:

Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків.

Захист відбудеться "20" жовтня 1999р. о 13¹⁵ годині на засіданні спеціалізованої ради Д 64.052.03 Харківського державного технічного університету радіоелектроніки, 310726 Харків, пр. Леніна 14, ауд. 4

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ХДТУРЕ, пр. Леніна 14.

Автореферат розісланий "17" вересня 1999р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Чурюмов Г.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Неперервне зростання рівня вимог до різноманітних радіотехнічних пристроїв та засобів телекомунікацій, які знаходять широке використання в народному господарстві, визначає підвищений попит на автогенераторні п'єзорезонансні пристрої - опорні кварцові генератори (КГ), формувачі сітки стабільних частот та частотні п'єзорезонансні перетворювачі фізичних величин. Це зумовлено тим, що кращі зразки кварцових генераторів лише невеликою мірою поступаються точністю цезієвим, водневим та рубідієвим стандартам частоти і в той же час, мають кращі масо-габаритні та енергетичні показники, меншу вартість.

Основою одного з найефективніших методів подальшого покращання характеристик КГ, який базується на концепції багатостороннього перетворювача О.О.Харкевича, є перехід до багатомодового збудження кварцового резонатора (КР) та суміщення в ньому частотовизначальної функціі з вимірювальною. Для реалізації даного підходу виникає необхідність створення багатоканальних багаточастотних кварцових генераторів (ББКГ) з підвищеними стійкістю, спектральною чистотою та стабільністю вихідного сигналу. Особливого значення також набуває забезпечення високих динамічних властивостей ББКГ, що дозволяє звести до мінімуму помилки, пов'язані з виділенням інформації про швидкозмінні дестабілізуючі фактори, а також суттєво знизити час готовності кварцових генераторів.

Не дивлячись на те, що існує велика кількість теоретичних та експериментальних робіт М.М. Боголюбова, Ю.О. Митропольского, В.І. Арнольда, Г.М. Уткіна, О.М. Семиглазова, В.Я Баржина, О.О. Зеленського, Ф.Ф. Колпакова, J.P. Valentin, М. Mourey, Ю.С. Іванченка, В.Ф. Солодовника, І.О. Рака та інших вчених, які присвячені багаточастотним кварцовим генераторам, питання динамічних властивостей ББКГ при одночасному збудженні двох, трьох і більше коливань вимагають детального вивчення.

Тому є актуальним вирішення питання створення ББКГ з високими динамічними властивостями при збереженні високої стійкості та стабільності коливань, які генеруються, а також методик і програмного забезпечення, що дозволить проводити дослідження параметрів перехідних процесів в ББКГ.

Мета роботи - зниження часу встановлення амплітуд та частот коливань ББКГ шляхом раціонального вибору його параметрів.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

аналіз особливостей побудови багаточастотних КГ з позицій виявлення потенційних можливостей по зниженню часу встановлення коливань;

розробка узагальненої математичної моделі ББКГ, яка встановлює зв'язок між тривалістю перехідних процесів та параметрами елементів генератора;

розробка стратегії, алгоритму та програмного забезпечення чисельного інтегрування амплітудно-фазових рівнянь руху ББКГ та пошуку оптимальних параметрів генератора по критерію мінімуму часу встановлення коливань;

розробка схемотехнічних рішень і аналіз динаміки встановлення коливань високостабільного ББКГ з кварцовим дискримінатором;

розробка первинного вимірювального перетворювача системи дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини на базі ББКГ зі скороченим часом встановлення коливань.

Методи досліджень. В роботі застосовані теоретичні та експериментальні методи досліджень. Теоретичні дослідження базуються на застосуванні теорії стійкості, теорії перетворення Лапласа, методу повільнозмінних амплітуд, чисельних методів розв'язання систем жорстких диференційних рівнянь та методів умовної оптимізації. Експериментальні дослідження проведені за допомогою теорії вимірювань та теорії похибок.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в наступному:

побудована математична модель ББКГ з довільним типом триполюсного активного елементу, яка встановлює аналітичний зв'язок між тривалістю перехідного процесу та параметрами елементів генератора;

вперше побудовані області стійкого багаточастотного режиму коливань ББКГ і визначені величини початкового вибігу частоти та часу встановлення коливань в цих областях;

розроблена методика та виконана оптимізація параметрів ББКГ по критерію мінімуму часу встановлення коливань, виявлені особливості проведення процесу оптимізації для ББКГ з частотним дискримінатором;

вперше запропонована концепція побудови на базі ББКГ систем дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинноі системи людини.

Практичне значення роботи:

розроблено програмне забезпечення для дослідження широкого класу ББКГ, що дозволяє здійснювати раціональний вибір параметрів генератора та проводити кількісну оцінку початкового вибігу частоти і часу встановлення коливань;

розроблена методика проектування перспективного ББКГ з частотним дискримінатором, в якому більше ніж в 10 разів скорочений час встановлення коливань порівняно з базовою схемою ББКГ;

розроблена структура первинного вимірювального перетворювача перспективної системи дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини на базі ББКГ, яка зменшує вплив діагностичної апаратури на психофізичний стан пацієнта;

розроблена принципова схема високолінійного вимірювального перетворювача пульсової хвилі з розрізнювальною здатністю 0.05 мм.рт.ст.

Реалізація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи використані при створенні вимірювального перетворювача сфігмометричного комплексу BPS-02. Результати медичної експертизи по експлуатації комплексу BPS-02 в умовах Хмельницької обласної клінічної лікарні на базі відділення функціональної діагностики підтверджують високу ефективність використання багатоканальних багаточастотних кварцових генераторів зі скороченим часом встановлення коливань в системах моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини. Одержані результати експлуатації комплексу BPS-02 та відсутність аналогів українського виробництва визначають доцільність широкого впровадження даних приладів.

Основні результати теоретичних досліджень також використані в учбовому процесі на кафедрі радіотехніки Технологічного університету Поділля, м. Хмельницький.

Апробація роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались, з наступним обговоренням, на II-й, III-й та IV-й науково-технічних конференціях "Вимірювальна техніка в технологічних процесах і конверсії виробництва" (м. Хмельницький, 1993,1995,1997 р.), міжнародній науково-технічній конференції "Вдосконалення обладнання легкої промисловості та складної побутової техніки" (м. Хмельницький, 1993 р.)-, науково-технічній конференції "Метрология в электронике" (м. Харків, 1994 р.) та на 8-й науково-технічній конференції з участю закордонних спеціалістів "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (м. Москва, 1996 р.).

Конкретна особиста участь автора. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Із робіт, які опубліковані в співавторстві, використовуються результати, отримані особисто пошукачем.

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 17 друкованих праць, написано 2 звіти з держбюджетних НДР, отримано 2 патенти та 1 позитивне рішення про видання патенту Російської Федерації.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку. Загальний обсяг роботи складає 149 сторінок друкованого тексту, 45 малюнків, список використаних джерел вміщує 112 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та завдання дослідження, визначені наукова новизна та практична цінність роботи, викладені основні положення, які виносяться на захист, а також наведені відомості про апробацію результатів досліджень та структуру роботи.

У першому розділі відповідно до фізичних процесів, які проходять під час асинхронного багаточастотного збудження КР, створена система додаткових вимог, що визначають якісні характеристики ББКГ. До таких вимог запропоновано віднести:

Кількість частот, що генеруються одночасно . Залежить як від функціонального призначення генератора, так і від точності визначення параметрів (у випадку застосування ББКГ в якості вимірювального перетворювача). Згідно концепції багатостороннього перетворювача О.О.Харкевича

Спектральна чистота вихідного сигналу. Визначається як функціональним призначенням генератора, так і необхідною точністю перетворення "частота-код". Виходячи з вимог точності, мінімальне значення подавлення оцінюється як

, (1)

де - допустима похибка перетворення інформаційної частоти в часовий інтервал; N - кількість суміжних інформаційних періодів в інтервалі перетворення. Реальний рівень подавлення комбінаційних складових - 30...50 дБ;

3. Стійкість багаточастотного режиму генераціі під час дії дестабілізуючих факторів (зміна температури, напруги живлення та інш.), а також варіації активності мод коливань:

,, (2)

де - динамічний опір кварцового резонатора для j - того коливання.

4. Забезпечення необхідних характеру та часу встановлення коливань при обмеженні початкового вибігу частоти:

, , (3)

де - відносний початковий вибіг частоти;

w_j - частота j - того коливання, з тих які генеруються;

- величина максимально допустимого відносного початкового вибігу частоти.

5. Можливість фіксації сумарної потужності розсіювання на багаточастотному кварцовому резонаторі (БКР) і цілеспрямованій зміні її значення незалежно від вимог до збудження коливань. Це необхідно для зниження величини зсуву частот w_j, який обумовлений явищами анізохронізму та старіння.

На основі класифікації існуючих схем багаточастотних генераторів проведена оцінка їх параметрів. Особливу увагу надано фільтровим схемам, параметри яких найбільш відповідають системі вимог до ББКГ. Встановлено, що жоден з розглянутих класів багаточастотних генераторів повністю не задовольняє вимог, які до них пред'являються. Це зумовлює необхідність вдосконалення наявних схем ББКГ.

Досліджені переваги та недоліки наявних можливостей покращання динамічних характеристик існуючих ББКГ за умов збереження високої стійкості та стабільності коливань, які генеруються. В межах проведених досліджень доведена необхідність створення узагальненої математичної моделі ББКГ, що дозволить здійснити оптимізацію параметрів генератора з метою отримання його динамічних властивостей близьких до потенційно можливих.

У другому розділі сформульована та вирішена задача параметричного синтезу ББКГ за критерієм мінімуму часу встановлення коливань, який в загальній постановці має вигляд:

, (4)

де - тривалість процесу встановлення коливань в ББКГ;

- початковий момент часу, що відповідає моменту включення ББКГ;

- момент часу, що відповідає закінченню процесу встановлення коливань;

,- задані вектори мінімально і максимально допустимих значень параметрів кіл генератора.

Враховуючи те, що вимоги по розширенню областей стійкої генерації та скороченню тривалості перехідного процесу входять в протиріччя з вимогами до стабільності коливань, які генеруються, доречно накласти додаткові обмеження на величини амплітуд коливань і початкових вибігів частоти і :

, ; , (5)

де ,- максимальна, мінімальна амплітуди коливань БКГ;

- величина амплітуди коливання, що визначається максимально допустимою потужністю ;

; - j-та частота ББКГ, що відповідає моменту часу ;

- власна резонансна частота j-тої моди коливань БКР;

l - коефіцієнт, що визначає максимально допустиму різницю амплітуд , звичайно l=1,5...3.

Отримана математична модель ББКГ, яка встановлює зв'язок між тривалістю перехідного процесу та параметрами елементів кіл генератора і базується на узагальненій структурі ББКГ з довільним типом триполюсного активного елементу (АЕ) [1].

Згідно цієї моделі скорочені рівняння для амплітуд, фаз коливань і напруг автозміщення мають такий вигляд:

(6)

де T=diag(T₁,...,T_m), T_aз=diag(T_aз1,...,T_aзn) - матриці постійних часу коливальних систем і кіл автозміщення відповідно;

U=(U₁,...,U_m)^T, =(₁,...,_m)^T, - вектори амплітуд, фаз і напруг автозміщення;

- активна і реактивна складові матриці еквівалентної комплексної провідності активної частини генератора, причому

; (7)

- матриця модулів еквівалентної комплексної провідності генератора;

- матриця , що визначає фазові співвідношення в каналах збудження;

R=diag(R₁,...,R_m) - матриця еквівалентних опорів багаточастотної коливальної системи, причому:

;

- матриця узагальнених розладів;

- матриця опорів автозміщень; - вектор постійних складових вихідних струмів ; - одинична матриця ; - одиничний вектор-стовпець ; m - кількість частот, які генеруються; n - кількість каналів.

На основі неявного методу Ейлера-Коші розроблено алгоритм чисельного інтегрування рівнянь руху ББКГ (6), як системи жорстких диференційних нелінійних рівнянь, та запропонований критерій вибору оптимального кроку інтегрування.

Вперше побудовані області стійкого тричастотного режиму коливань для узагальненого ББКГ на біполярних транзисторах (БТ) типу КТ368 і польових транзисторах (ПТ) типу КП313 та отримані залежності початкового вибігу частоти, відношення максимальної та мінімальної амплітуд коливань та часу їх встановлення від параметрів кіл генератора в цих областях (рис. 1). Встановлено, що верхня межа тривалості перехідного процесу в цих областях може коливатись від 5...10 до 100 і більше разів відносно його найменшого значення! Зменшення часу встановлення забезпечується за рахунок вирівнювання активності коливань, яка визначається параметром регенерації

, (8)

де - нормовані коефіцієнти апроксимуючого ВАХ АЕ полінома;

I_S - координата точки в центрі ВАХ з максимальною крутизною S_o;

- нормоване зміщення в точці спокою на і-тому АЕ;

K_ii=K_ji (j=i), K_jj=K_ji (i=j)- коефіцієнти підсилення і-того парціального кола зворотного зв'язку (ЗЗ) для j-того коливання;

- коефіцієнт подавлення міжканальних перешкод парціальних кіл ЗЗ.

Як видно з (8), варіація R_qj , а відповідно і R_еj приводить до зміни параметра регенерації q_j і умов збудження коливань. Збільшенням параметра q_j можна забезпечити необхідний запас стійкості багаточастотного режиму генерації з одночасним скороченням часу встановлення коливань. Проте, це призводить до збільшення стаціонарних нормованих амплітуд генератора А_j, і, як наслідок, до підвищення сумарної потужності розсіювання [2,3].

На основі аналізу цільової функції розроблено алгоритм та проведено оптимізацію параметрів узагальненого ББКГ (рис. 2). Одержано вектор оптимальних значень параметрів кіл ББКГ, який забезпечує зниження часу встановлення коливань більш ніж у три рази в порівнянні з вихідним [4].

Рис. 2. Знаходження вектора оптимальних значень параметрів кіл ББКГ за допомогою методу комплексів: 1,2 - області зриву багаточастотного режиму генерації за низької активності коливань та високої їх конкуренції в каналах збудження відповідно

Так, для плоского резонатора АТ-зрізу діаметром 12мм експериментально було визначено: частота основного резонансу f_q1=10009987Гц, добротність Q₁=103000 при динамічному опорі R_q1=24 Ом; частоти двох ангармонік f_q2=10197018Гц, і f_q3=10268125Гц при добротностях Q₂=84000 і Q₃=61000 та динамічних опорах R_q2=60 Ом і R_q3=120 Ом відповідно.

При використанні даного КР в ББКГ з оптимізованими параметрами забезпечується час встановлення амплітуд коливань на рівень 0.9 в межах 0.045 с при відносному початковому вибігу частоти не більше 20^.10^-6, в той же час, для ББКГ з неоптимізованими параметрами, час встановлення коливань складає 0,16 с.

У третьому розділі розглянуті питання побудови перспективних багатоканальних багаточастотних кварцових генераторів з частотним дискримінатором (ББКГЧД), які є різновидом ББКГ, проведено експериментальне дослідження динамічних властивостей двочастотного ББКГЧД.

На основі результатів теоретичних досліджень, які отримані в розділах 1,2 даної роботи, проаналізовано новий підхід до схемотехніки ББКГ, який дозволяє забезпечити високий коефіцієнт подавлення міжканальних перешкод завдяки вузькосмугості систем ЧАП (ширина полоси фільтрації складає одиниці, десяті долі процента) та практично усунути залежність сумарної потужності розсіювання від умов збудження коливань, що є необхідними вимогами забезпечення їх високої стійкості та стабільності.

Окрім цього, досягається, також, значне покращання динамічних властивостей генератора, так як амплітудний діапазон синхронізації коливань дуже великий (десятки децибел).

Згідно цього підходу побудована математична модель ББКГЧД, де основні елементи системи ЧАП представлені у вигляді квазілінійних ланок, передаточні функції яких подаються у такому вигляді:

 ;

; ,

де та - крутизни характеристик перетворення керованих генераторів (КГ), багаточастотного кварцового дискримінатора (БКД) та коефіцієнт підсилення підсилювача постійного струму (ППС);

, - постійні часу i-того КГ та БКР, який входить в склад БКД для і-тої моди коливань;

- еквивалентні опір та ємність КГ_і ;

- еквівалентні добротність та номінальна частота і-тої моди коливань БКР.

В якості стабілізуючих ланок (СЛ) використані ПІ- та ПІД-регулятори, які дозволяють, навіть в умовах відсутності повної апріорної інформації про якості БКД та інші елементи ЧАП, створювати системи керування близькі до оптимальних (квазіоптимальних), що забезпечує їх високі статичні та динамічні характеристики.

З аналізу математичної моделі ББКГЧД отримані диференційні рівняння в операторній формі, які описують процес встановлення частоти коливань для і-того каналу генератора:

, (9)

де для ПІ-регулятора та для ПІД-регулятора (інші коефіцієнти залишаються незмінними);- коефіцієнт стабілізації;- коефіцієнт передачі регулятора;- постійні інтегрування та диференціювання; - початковий розлад частоти; n - кількість каналів.

З характеристичного рівняння (9) відповідно до критерію Рауса-Гурвіца визначені умови стійкості

(ПІ) і (ПІД),

та отримано аналітичний вираз для часу встановлення частоти і-того каналу генератора

, (10)

де(ПІ) та (ПІД);

При скороченні тривалості перехідного процесу збільшується відносний викид перехідної характеристики, який можна оцінити як

[%], (11)

де ; - коефіцієнт, який визначається розміщенням нулів та полюсів передаточної функції системи.

На основі отриманих співвідношень розроблена методика проектування ББКГЧД, яка дозволяє отримати параметри генератора близькі до оптимальних при скороченні часу встановлення коливань більш ніж 10 разів в порівнянні з базовою схемою ББКГ.

Проведено експериментальне дослідження двочастотного ББКГЧД, де, в якості БКР, використаний плоский резонатор АТ-зрізу діаметром 12мм, який збуджувався на частоті основного резонансу f_q1=10009987Гц та на частоті ангармоніки f_q2=10197018Гц (розділ 2). Час встановлення коливань експериментального генератора складає 300...1700 мкс (таблиця 1), що в 10...30 разів меньше в порівнянні з іншими схемами ББКГ. Відносна нестабільність частоти ББКГЧД при типових параметрах генератора не перевищує (1,5..3)^.10^-6.

Таблиця 1. Типові параметри двочастотного ББКГЧД

Постійні часу, с	КСТi	Час встановлення, мкс
TWi	TКГi	TIi	TДi		Теорія	Експеримент
0.0035	3.18.10-6	6.8.10-5	0	10	1800	1680
0.0035	3.18.10-6	4.7.10-5	0.5.10-5	10	1428	1510
0.0035	3.18.10-6	6.8.10-5	0	100	370	378
0.0035	3.18.10-6	4.7.10-5	0.5.10-5	100	295	310

Одержані експериментальні дані підтверджують адекватність запропонованої математичної моделі ББКГЧД та ефективність її використання для синтезу генераторів з малим часом встановлення коливань.

Четвертий розділ присвячений розробці та експериментальному дослідженню первинних вимірювальних перетворювачів систем добового моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини на базі ББКГЧД зі скороченим часом встановлення коливань.

Проведений аналіз принципів побудови сучасних систем добового моніторингу виявив певний ряд їх недоліків. Характерним прикладом є система ТМ-2425/2025 (А&D Company, Limited, Tokyo, Japan), яка складається з монітора пацієнта з вмонтованим процесором, манжети з датчиками та програмного забезпечення для персонального комп'ютера і дозволяє проводити одночасну реєстрацію артеріального тиску (АТ) та частоти пульсу, електрокардіограми (ЕКГ), інформації про положення та переміщення тіла пацієнта, температури. Монітор в автоматичному або ручному режимі забезпечує запис інформації, яка отримується від датчиків, та передачу даних до персонального комп'ютера після добового спостереження для їх подальшої обробки.

Суттєвим недоліком даних систем є використання подвійного методу вимірювання (Короткова та осцилометричного одночасно) основного параметру серцево-судинної системи - АТ, що стає постійно діючим фактором неспокою пацієнта, особливо під час сну. Іншим недоліком є обмеженість об'єму пам'яті монітора пацієнта, що не дозволяє в повному обсязі проводити дослідження стану серцево-судинної системи. Наприклад, система ТМ-2425/2025 дозволяє виконувати запис лише чотирьох фрагментів ЕКГ тривалістю 2 хвилини при добовому спостереженні та одного фрагменту тривалістю 8 хвилин при спостереженні терміном в дві доби, що є недостатнім.

В межах виконаних теоретичних та експериментальних досліджень, які виконані в розділах 2,3 даної роботи, запропонована концепція перспективної системи дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини, яка зменшує вплив діагностичної апаратури на психофізичний стан пацієнта. Згідно цієї концепції датчики ЕКГ, положення та температури тіла доповнюються датчиками пульсової хвилі (ПХ), які одночасно з ЕКГ дозволяють проводити запис сфігмограм сонної, ліктьової артерій, артерії стегна та інших (рис.3). Це не тільки виключає необхідність використання манжетного методу вимірювання АТ, а і дозволяє значно розширити діапазон досліджень за рахунок визначення важливих гемодинамічних параметрів, наприклад швидкості розповсюдження пульсової хвилі, часу вигнання крові, тощо.

У відповідності з сформульованою концепцією на базі ББКГЧД з малим часом готовності розроблена структура первинного вимірювального перетворювача (рис. 4), основою якого є БКД з багаточастотною коливальною системою, яка складається з кварцових датчиків ПХ, положення тіла та температури.

Рис. 3. Схема розміщення датчиків пульсової хвилі (ПХ), електрокардіограми (ЕКГ), температури та положення тіла системи добового моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи

багаточастотний кварцовий генератор

Поряд з вимірювальними каналами введено канал опорної частоти, який забезпечує гетеродінування сигналів датчиків з найменшими температурними похибками. Використання ББКГЧД в якості первинного перетворювача системи дозволяє за рахунок безпосередньої передачі вимірювальних частотно-модулюваних сигналів встановлювати безпровідний зв'язок з персональним комп'ютером для передачі та оброблення даних в реальному масштабі часу, що значно підвищує ефективність досліджень.

На основі отриманих результатів розроблено високоекономічний високолінійний двочастотний автогенераторний перетворювач тиску в період сфігмографічної системи [5]. При використанні кварцового датчика тиску з модульованим зазором [6] розрізнювальна здатність перетворю-вача становить 0.05 мм.рт.ст.

Наведені результати експериментальних випробувань перетворювача по реєстрації сфігмографічних кривих ліктьової артерії, які підтверджують правильність обраної концепції побудови систем дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини.

ОСНОВНІ НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Сформульовано та розв'язано задачу синтезу ББКГ, як задачу оптимізації по критерію мінімуму часу встановлення коливань при обмеженнях на максимальні амплітуди коливань та величину початкового вибігу частоти.

На основі узагальненої структури ББКГ з довільним типом триполюсного активного елемента побудована математична модель, яка встановлює аналітичний зв'язок між тривалістю перехідного процесу та параметрами кіл генератора.

Розроблено алгоритм і програмне забезпечення чисельного інтегрування амплітудно-фазових рівнянь руху ББКГ, яке дозволяє здійснювати раціональний вибір параметрів генератора та проводити кількісну оцінку початкового вибігу частоти і часу встановлення коливань.

Вперше побудовані області стійкого багаточастотного режиму коливань ББКГ і визначені величини початкового вибігу частоти та тривалості перехідного процесу в цих областях. Встановлено, що верхня межа тривалості перехідного процесу в цих областях може коливатись від 5...10 до 100 і більше разів відносно його найменшого значення. Показано, що зменшення часу встановлення забезпечується за рахунок вирівнювання активності коливань, яка визначається параметром регенерації.

Розроблена методика проектування та проведено експериментальне дослідження перспективного ББКГ з частотним дискримінатором, в якому в 10...30 разів скорочений час встановлення коливань.

Вперше запропонована концепція побудови на базі ББКГ системи дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинноі системи людини, що зменшує вплив діагностичної апаратури на психофізичний стан пацієнта та розроблена принципова схема високолінійного вимірювального перетворювача пульсової хвилі з розрізнювальною здатністю 0.05 мм.рт.ст.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

Підченко С.К. Узагальнена модель багатоканального багаточастотного кварцового генератора //Вісник Технологічного університету Поділля. Серія 1. Технічні науки - 1997. № 1.- С.76 - 80.

Колпаков Ф.Ф., Пидченко С.К., Хильченко Г.Л. Особенности процесса установления колебаний в многоканальном многочастотном кварцевом генераторе // Радиотехника.- 1997.- №12.- С.95-98.

Підченко С.К. належить аналіз моделі багатоканального багаточастотного кварцового генератора з трьома нелінійними елементами .

Колпаков Ф.Ф., Пидченко С.К., Хильченко Л.Г. Устойчивость многочастотного режима колебаний кварцевых генераторов с разделенными нелинейностями //Актуальні проблеми техніки та суспільства: Збірник статей викладачів та наукових співробітників ТУП. Вип. 2. - Хмельницький : ТУП, 1996 - С. 195-204.

Підченко С.К. належить дослідження стійкості багаточастотного режиму коливань при варіації параметрів кіл кварцового генератора.

4. Колпаков Ф.Ф., Пидченко С.К., Хильченко Г.Л. Минимизация времени установления колебаний в многоканальном многочастотном кварцевом генераторе // Радиотехника.- 1999.- №2.- С.42-44.

Підченко С.К. належить побудова областей стійкого режиму генерування ББКГ і визначення часу встановлення коливань в цих областях.

5. Двочастотний кварцовий автогенераторний перетворювач тиску в період мікропроцесорної сфігмографічної системи. /Колпаков Ф.Ф.., Підченко С.К., Солодовнік В.Ф., Хільченко Г.Л. //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. № 1. - С. - 175 - 176.

Підченко С.К. належить розробка схеми двочастотного кварцового автогенераторного перетворювача тиску в період.

6. Пат. 2098783 России. Датчик давления /Ф.Ф. Колпаков, Г.Л. Хильченко, С.К. Пидченко //Бюл.-1997.-№34.

Підченко С.К. належить розробка вимірювального перетворювача для дослідження метрологічних характеристик датчика тиску.

АНОТАЦІЯ

Підченко С.К. Багатоканальні багаточастотні кварцові генератори зі скороченим часом встановлення коливань. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - пристрої радіотехніки та засобів телекомунікацій. - Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, Харків, 1999.

Дисертацію присвячено питанням аналізу та синтезу багатоканальних багаточастотних кварцових генераторів (ББКГ) зі скороченим часом встановлення коливань. В роботі запропонований і розроблений підхід до синтезу ББКГ, який забезпечує мінімізацію часу перехідного процесу за рахунок раціонального вибору параметрів його кіл.

На основі ББКГ з малим часом готовності розроблено первинний вимірювальний перетворювач (ПВП) системи дистанційного моніторингу та контролю параметрів серцево-судинної системи людини. Підтверджена ефективність використання ПВП в вимірювальній техніці та медичних діагностичних системах.

Ключові слова: багаточастотний кварцовий генератор, встановлення коливань, синтез, сфігмографія.

АННОТАЦИЯ

Пидченко С.К. Многоканальные многочастотные кварцевые генераторы с сокращенным временем установления колебаний. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - устройства радиотехники и средств телекоммуникаций. - Харьковский государственный технический университет радиоэлектроники, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена вопросам анализа и синтеза многоканальных многочастотных кварцевых генераторов (ММКГ) с сокращённым временем установления колебаний. В работе предложен и разработан подход к синтезу ММКГ, обеспечивающий минимизацию времени переходного процесса генератора за счет рационального выбора параметров его цепей.

В соответствии с особенностями асинхронного многочастотного возбуждения кварцевого резонатора проведен анализ существующих схем ММКГ. Обоснована необходимость построения обобщённой математической модели, устанавливающей зависимость между временем установления колебаний и параметрами цепей ММКГ с целью выявления потенциальных возможностей улучшения динамических характеристик генератора.

Сформулирована задача синтеза ММКГ, как задача оптимизации по критерию минимума времени установления колебаний при ограничении на максимальные амплитуды колебаний и величины начальных выбегов частоты.

На основе анализа уравнений движения ММКГ построены области устойчивого многочастотного режима генерации как результат решения первого этапа задачи оптимизации, определены величины начальных выбегов частоты и времени установления колебаний в этих областях. На примере трёхчастотного кварцевого генератора получен вектор оптимальных параметров ММКГ, обеспечивающий более чем в три раза сокращение времени установления колебаний генератора.

Предложена структура прецизионного ММКГ (ММКГЧД) с сокращённым временем готовности на базе многоканальной системы ЧАП и многочастотного кварцевого дискриминатора. На основе уравнений движения ММКГЧД предложена методика синтеза, обеспечивающая минимизацию времени готовности генератора при ограничении величины перерегулирования и обеспечении необходимой полосы захвата системы АПЧ. Приведены результаты экспериментального исследования двухчастотного генератора, подтверждающие адекватность математической модели ММКГ и эффективность её использования для синтеза многочастотных генераторов с малым временем установления колебаний.

На основе ММКГ с малым временем готовности разработан первичный измерительный преобразователь (ПИП) системы дистанционного мониторинга и контроля параметров сердечно-сосудистой системы человека. Подтверджена эффективность использования ПИП в измерительной технике и медицинских диагностических системах.

Ключевые слова: многочастотный кварцевый генератор, установление колебаний, синтез, сфигмография.

ANNOTATION

Pidchenko S.K. Many-channel multifrequency quartz crystal oscillators with reduced (shortened) oscillation. - Manuscript.

The thesis for competition for a candidate's degree of technical sciences by speciality 05.12.13 - radioengineering devices and facilities of telecommunication. Kharkov State Тechnical University of radioelectronics, Kharkov,1999.

The dissertation deals with analysis and synthesis of many-channel multifrequency quartz crystal oscillators (MMQCO) with reduced (shortened) interval of setting oscillation. The method of synthesis of MMQCO providing the minimization of interval transitional process of oscillator due to rational parameters' selection of its circuits is suggested and worked out.

On the basis of MMQCO with a short term of readiness the prime measuring converter (PMC) of the system of distant monitoring and controlling parameters of man's cardiac-vascular system is elaborated. The efficiency of using PMC is confirmed in measuring technique and medical diagnostic systems.

Key words: multifrequency quartz crystal oscillators, adjusting of oscillation, synthesis, sfigmografy.

Размещено на Allbest.ru

...