Розвиток теорії та принципів побудови засобів вимірювання з періодичним порівнянням низькочастотних гармонічних сигналів

ДВА з вибором початкової фази комутуючої напруги, у якому синхросигнал каналу керуючої напруги формується за допомогою квадратурних фазообертачів, схем множення і суматора. Дозволяє підвищити надійність при порівнянні сигналів близьких до протифазних.

ДВА з почерговим перезапам'ятовуванням амплітудних значень синфазних порівнюваних сигналів. Дозволяє усунути другу гармоніку порівнюваних сигналів і розширити динамічний діапазон вимірюваних різниць амплітуд в бік менших значень.

Пристрій, що дозволяє у попередньому ДВА зменшити рівень постійної складової та збільшити швидкодію.

ДВА з запам'ятовуванням амплітудних значень для порівняння несинфазних сигналів. Для цього використовуються два послідовно ввімкнені елементи пам'яті, перший з яких перетворює амплітуди порівнюваних напруг в послідовність імпульсів з амплітудою, пропорційною різниці амплітуд і тривалістю, пропорційною зсуву фаз. Ця послідовність імпульсів перетворюється другим елементом пам'яті в прямокутну напругу типу меандр.

ДВА синфазних перших гармонік спотворених по формі сигналів низького рівня з попередньою лінійною фільтрацією сигналів і періодичною автоматичною корекцією адитивних похибок за методом зразкового сигналу. Дозволяє зменшити поріг чутливості.

Пристрій, що дозволяє у попередньому ДВА додатково автоматично вирівнювати коефіцієнти передачі каналів СПП. Це сприяє розширенню динамічного діапазону вимірюваних різниць амплітуд в бік менших значень.

ДВА з двофазним квадратичним детектуванням, періодичною корекцією адитивної похибки і усуненням впливу перехідних процесів, що виникають при автоматичній корекції похибок. Дозволяє порівнювати несинфазні сигнали з використанням періодичної автоматичної корекції похибок по методу зразкового сигналу.

ДВА несинфазних перших гармонік спотворених по формі сигналів з лінійною фільтрацією після комутації, в якому для збільшення швидкодії спотворена перехідним процесом частина вихідного сигналу вузькосмугового підсилювача замінюється частиною сигналу з виходу іншого вузькосмугового підсилювача, що в цей час перебуває в стаціонарному режимі.

Індикатори квадратури

Індикатор квадратури, що реалізує метод автоматичної корекції похибки інвертора.

Індикатор квадратури, що реалізує спосіб вибору початкової фази комутуючої напруги згідно з умовою (3.1a).

Індикатор квадратури з автоматичною корекцією адитивної похибки за методом зразкових сигналів.

Пристрій, що дозволяє в попередньому індикаторі квадратури додатково зменшити вплив нелінійних спотворень та завад, вплив перехідних процесів, що виникають в моменти комутації, розширити динамічний діапазон.

Підсилювачі постійного струму типу М-ДМ

Підсилювач постійного струму типу М-ДМ, в якому реалізована періодична автоматична корекція дрейфу "нуля" за методом зразкового сигналу.

Пристрій, що дозволяє в попередньому підсилювачі постійного струму додатково збільшити динамічний діапазон підсилюваних напруг.

Підсилювач постійного струму типу М-ДМ з автоматичною корекцією дрейфу "нуля", що реалізує диференціальне підсилення сигналів.

Засоби індуктивної електророзвідки

Пристрій наземної геоелектророзвідки з періодичним порівнянням, двофазним детектуванням, вибором початкової фази комутуючого сигналу, в якому зменшення впливу похибки інвертора та асиметрії коефіцієнтів передачі комутатора забезпечується частковою компенсацією синфазної компоненти сигналу первинного магнітного поля, а комутація здійснюється в моменти рівності миттєвих значень, що забезпечується синхронізацією ТДЧ сигналом з входу квадратурного фазообертача.

Пристрій для пошуку руд з феромагнітними властивостями з вимірюванням змін синфазної компоненти магнітного поля, робота якого грунується на повній компенсації у вимірювальній петлі синфазної складової, що запам'ятовується за допомогою вторинної обмотки варіометра. При зміщенні вимірювальної петлі вимірюється приріст синфазної складової, зумовлений наявністю магнітних тіл.

Пристрій геоелектророзвідки рудних родовищ з вимірюванням квадратурної компоненти, в якому періодично заземляється вхід одного з каналів, запам'ятовуванням вихідної напруги синхронного детектора і відніманням цієї напруги в режимі вимірювання. Дозволяє зменшити вплив паразитних зв'язків, небажаних пролазів сигналів та фазових нестабільностей вузлів СПП.

Пристрій геоелектророзвідки з вимірюванням півосей еліпса поляризації магнітного поля, що дозволяє зменшити похибки інвертора та комутатора.

Пристрій для геоелектророзвідки з вимірюванням півосей еліпса поляризації магнітного поля та автоматичною корекцією адитивних похибок, в якому в СПП використовується вузькосмугове підсилення. Дозволяє зменшити вплив завад, перехідних процесів та дрейф "нуля".

Варіанти структур електророзвідувальних засобів з послабленням впливів геологічного характеру, зокрема провідного напівпростору та коливань висоти польоту.

Засоби індуктивної діагностики

Пристрій для реалізації інфранизькочастотного каналу двочастотного вихрострумового товщиноміра, структура якого реалізує метод запам'ятовування амплітуд порівнюваних сигналів з компенсацією постійної складової.

ДВА системи градієнтних вимірювань витоку струму електрохімзахисту у магістральних трубопроводах, структура якого реалізує метод корекції адитивної похибки при порівнянні перших гармонік спотворених по формі сигналів низького рівня та метод запам'ятовування амплітудних значень порівнюваних сигналів.

Цифрові засоби вихрострумової діагностики вищої швидкодії, структури яких розглянуті в попередньому розділі.

Практично реалізовано ДВА з вимірюванням відносної різниці амплітуд та запам'ятовуванням амплітудних значень порівнюваних сигналів, призначений для системи градієнтних вимірювань струмів витоку магістральних трубопроводів. У ньому використано розроблені метод запам'ятовування амплітудних значень та метод корекції адитивної похибки. Основне завдання ДВА - порівняння амплітуд синфазних перших гармонік спотворених за формою змінних сигналів (коефіцієнт гармонік 20%) малих рівнів з діапазону (530) мВ частотою 100 Гц. Для попереднього підсилення сигналів використані універсальні фільтри Чебишева другого порядку з добротністю Q=20 і коефіцієнтом підсилення 10.

Виконаний на операційних підсилювачах К140УД12 і ключових та цифрових МС серії К561, ДВА забезпечив реалізацію приведеної шкали 0,1% при порозі чутливості 510-3%. Дослідження часового дрейфу нуля при подачі на обидва входи ДВА напруги 30 мВ показало, що повільні зміщення стрілки вихідного вимірювача протягом години практично відсутні. Характеристика вхід-вихід в діапазоні зміни вхідних сигналів (530) мВ є лінійною.

Польові випробування ДВА у складі градієнтометра, проведені на магістральному газопроводі Угерсько-Львів біля села Деревач на дослідному стенді, обладнаному ФМІ НАН України, підтвердили його параметри і здатність працювати в польових умовах протягом робочого дня без калібровки.

Необхідність вимірювання товщин сталевих листових конструкцій в діапазоні (512) мм безконтактним методом при односторонньому доступі, а іноді і в недоступних для людини місцях, наприклад, при дії жорсткого радіаційного випромінювання, спонукало до проведення робіт по створенню каналу нижньої частоти двочастотного вихрострумового товщиноміра. При виборі двочастотного методу зменшення впливу щілини між ВСП і поверхнею вимірюваного листа основна проблема полягає саме у створенні низькочастотного каналу.

Для побудови аналогового каналу була вибрана робоча частота 1 Гц, розроблена принципова схема і реалізований макет.

В основу розробки було покладено метод періодичного порівняння амплітуд термокомпенсованого параметричного ВСП, який, для забезпечення максимальної чутливості, був ввімкнений як подільник напруги. Під'єднані паралельно до обмоток ВСП послідовно з'єднані змінні резистори 1 кОм і 10 кОм призначені для вирівнювання амплітуд обмоток при калібруванні.

При створенні каналу використано розроблений принцип запам'ятовування амплітуд порівнюваних напруг в тракті несучої частоти. Для послаблення постійної складової при виділенні обвідної застосовано двофазний метод, реалізований за допомогою другого елементу пам'яті. Подальша фільтрація і підсилення сигналу обвідної типу меандр здійснювалось двома, ввімкненими послідовно, синхронно-фазовими фільтрами з наступним перетворенням сигналу у постійну напругу синхронним детектором.

Стала часу схеми виділення та випрямлення обвідної визначалася сталою часу синхронно-фазового фільтру, і склала =10с (Rф=107 Ом і С=10-6Ф).

Чутливість схеми становила 40 мВ/мм. Зведена до амплітуди спадку напруги однієї з котушок ВСП чутливість склала 0,02%/мм.

Пропорційна залежність вихідної напруги вимірювача від товщини сталевого листа спостерігалася до 12 мм. При подальшому збільшенні товщини листа ця залежність є нелінійною.

На вихідну напругу мала великий вплив короткочасна нестабільність амплітуди генератора напруги живлення ВСП, що зумовило значний часовий дрейф "нуля". При цьому поріг чутливості товщиноміра склав 1,5 мм.

Відомі дослідження такого дрейфу в схемі періодичного порівняння, з яких випливає, що введенням додаткового паралельного тракту компенсації впливу нестабільності амплітуди генератора можна зменшити дрейф основного тракту приблизно на порядок. Таке зменшення дрейфу робить низькочастотний канал придатним для практичної реалізації товщиноміра. В дисертації приведена структура каналу з таким трактом.

Однак низька швидкодія каналу може бути стримуючим фактором на шляху до реалізації. Тоді слід вдатися до запропонованого методу аналого-цифрового перетворення відносної різниці амплітуд, при якому час вимірювання можна звести до 2 с.

У висновках коротко сформульовано основні результати досліджень.

Додаток містить документи про використання розроблених способів, методів, апаратури.

Висновки по роботі

1. У дисертації наведено теоретичні узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в розвитку теорії та принципів побудови засобів вимірювання амплітудно-фазових параметрів низькочастотних гармонічних сигналів з діапазону частот від десятих часток до десятків герц, що базуються на методі періодичного порівняння, які б дозволили досягнути зведеного порогу чутливості близького до 10-4. Вирішення даної проблеми, що ґрунтується як на вдосконаленні відомих так і на розробленні нових принципів побудови засобів вимірювання, дозволило збільшити глибинність зондування досліджуваного середовища при електророзвідці та діагнозуванні товщин сталевих листових конструкцій, створити засоби вимірювання для системи обстеження корозійного стану магістральних трубопроводів.

2. Проведено систематизацію факторів адитивних похибок, показано, що найбільше впливають комбінаційні складові на виході амплітудного детектора, перехідні процеси у вузькосмугових елементах в каналі несучої частоти, низькочастотний флікер-шум в каналі обвідної, не ідентичність коефіцієнтів передачі вузлів попереднього перетворення, асиметрія параметрів сенсорів та похибки схем ввімкнення сенсорів.

3. Теоретично обґрунтовано підвищення точності та швидкодії аналогових засобів вимірювання амплітудних та амплітудно-фазових параметрів низькочастотних гармонічних сигналів з періодичним порівнянням, в основі яких лежать розроблені нові принципи побудови: запам'ятовування амплітудних значень порівнюваних сигналів в каналі несучої частоти; двофазне запам'ятовування амплітуд з метою зменшення рівня постійної складової; запам'ятовування амплітуд з перетворенням імпульсної обвідної в обвідну типу меандр при порівнянні несинфазних сигналів; автоматичної корекції адитивних похибок з використанням одного з порівнюваних сигналів як зразкового; заміни частини спотвореного перехідним процесом вихідного сигналу вузькосмугового підсилювача каналу несучої частоти частиною сигналу з виходу іншого вузькосмугового підсилювача, що перебуває в усталеному режимі.

4. Розвинуто теорію та принципи побудови (вимірювання відносної різниці амплітуд, запам'ятовування амплітудних значень порівнюваних сигналів в каналі несучої частоти; автоматичної корекції адитивної похибки аналогового інвертора) цифрових засобів вимірювання амплітудних та амплітудно-фазових параметрів низькочастотних гармонічних сигналів, що дозволило лінеаризувати характеристики схем ввімкнення (незрівноважений міст, подільник напруги) сенсорів та закласти новий напрямок розвитку засобів вимірювання. Показано, що ввімкнення сенсорів за схемою подільника напруги забезпечує у 2 рази вищу чутливість, ніж при ввімкненні в незрівноважений міст.

5. Вперше запропоновано математичну модель електророзвідки рухомими засобами або рухомих тіл відносно нерухомих засобів, наприклад аероелектророзвідки, з допомогою якої, враховуючи швидкість взаємного руху відносно локального провідного феромагнітного тіла, теоретично обгрунтовано появу квадратурної складової з обвідною, що за формою близька до одного періоду синусоїди, яка може бути зареєстрована, чим закладено новий напрямок, зокрема в аероелектророзвідці.

6. Вдосконалено статичну модель формування вимірювальної інформації при електророзвідці та електромагнітній діагностиці, в якій в частині, що стосується об'єкту дослідження, до послідовно з'єднаних індуктивності та активного опору долучено ємність. Це дозволило теоретично обґрунтувати зміну знаку синфазної складової вторинного магнітного поля з частотою первинного магнітного поля.

7. Показано ефективність застосування методу періодичного порівняння при вирішенні прикладних проблем електромагнітної діагностики (безконтактне діагнозування товщин сталевих листових конструкцій в діапазоні 512 мм при односторонньому доступі, вимірювання різниці амплітуд в системі обстеження корозійного стану магістральних трубопроводів).

8. Проведено теоретичне дослідження впливу вузькосмугової нормальнорозподіленої стаціонарної завади, що діє в каналі вибору початкової фази комутуючої напруги, та низькочастотного флікер-шуму в каналі обвідної з синхронно-фазовим гребінчатим фільтром на похибку порівняння, показано, що для зменшення впливу завад в каналі комутуючої напруги при заданій частоті порівнюваних сигналів потрібно зменшувати частоту комутації, а для зменшення впливу флікер-шуму частоту комутації необхідно збільшувати і зменшувати смугу пропускання фільтра.

9. Теоретичні та експериментальні дослідження ефективності розвинутих і розроблених принципів побудови засобів вимірювання показали, що:

- реалізація принципу вибору початкової фази комутуючої напруги разом з методом двофазного детектування забезпечила на частоті 10 Гц поріг чутливості 510-5;

- реалізація принципів запам'ятовування амплітудних значень в каналі несучої частоти та автоматичної корекції адитивних похибок з використанням одного з порівнюваних сигналів як зразкового при порівнянні перших гармонік, спотворених по формі сигналів частотою 100 Гц, добротності вхідних фільтрів Q=20 забезпечила за рахунок першого - лінійність характеристики при зміні вхідних сигналів в діапазоні 530 мВ, а за рахунок другого - поріг чутливості 10-4 та відсутність дрейфу нуля в польових умовах роботи впродовж всього робочого дня;

- реалізація принципу двофазного запам'ятовування дозволила зменшити рівень постійної складової в число разів, що рівне відношенню суми амплітуд порівнюваних сигналів до їх різниці, і досягти порогу чутливості 210-4 на частоті 1 Гц;

- теоретична оцінка ефективності принципу заміни частини вихідного сигналу вузькосмугового підсилювача, спотвореної перехідним процесом, не спотвореною частиною сигналу з виходу іншого аналогічного підсилювача, який перебуває в усталеному режимі, показала, що при цьому швидкодія зростає більше ніж на два порядки.

10. Розроблено теоретичні підходи оцінювання похибок за рахунок асиметрії основних і паразитних параметрів трансформаторних та параметричних вихрострумових збуджувально-приймальних засобів магнітного поля і схем їх ввімкнення, а також обгрунтовані та запропоновані методи їх зменшення.

11. Одержані результати дозволили реалізувати:

- канал двочастотного вихрострумового товщиноміра сталевих листових конструкцій на частоті 1 Гц на діапазон 512 мм з порогом чутливості 1,5 мм (поріг чутливості 210-4 по напрузі), який ще не менш як втричі можна знизити застосуванням відомого методу зменшення впливу короткочасної нестабільності амплітуди генератора;

- канал електророзвідувальної апаратури з вимірюванням квадратурної складової вторинного магнітного поля, що працює за методом незаземлених петель, з робочою частотою 10 Гц і порогом чутливості 510-5;

- диференціальний вимірювач амплітуд перших гармонік спотворених за формою сигналів струму електрохімзахисту в діапазоні 530 мВ частотою 100Гц для системи обстеження корозійного стану магістральних трубопроводів. Вимірювач забезпечував лінійність характеристики в заданому діапазоні, поріг чутливості 10-4 та відсутність дрейфу нуля;

- підсилювач слабих сигналів постійного струму типу М-ДМ, дрейф нуля якого складав менше 0,1 мкВ/оС;

- вихрострумовий перетворювач трансформаторного типу для контролю структурної неоднорідності термоелектродного дроту.

На основі одержаних результатів можна зробити висновок про доцільність і перспективність застосування методу періодичного порівняння на частотах аж до одиниць та часток герц.

Дану роботу можна розглядати як теоретичне узагальнення та розвиток методу періодичного порівняння, що сприяє прогресу в галузі індуктивної електророзвідки та електромагнітної діагностики.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті у наукових виданнях

1. Бучма И.М., Поджарый В.М. Способы снижения погрешности преобразования низкочастотных дифференциальных измерительных устройств периодического сравнения, основанные на выборе начальной фазы коммутирующего напряжения // Отбор и передача информации, вып.59.-К.: Наукова думка, 1980.-С.78-83.

2. Бучма І.М. Зменшення порогу чутливості низькочастотного індикатора квадратури // Вісник ЛПІ.Технічні засоби автоматизації вимірів та керування науковими дослідженнями.-1991.-№257.-С.21-24.

3. Бучма І.М., Бучма О.І., Столярчук П.Г. Про можливості вимірювання товщини феромагнітних матеріалів методом вихрових струмів // Вісник ДУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-1994.-№283.-С.21-24.

4. Бучма І.М. Підсилювач постійного струму // Вимірювальна техніка та метрологія.-1995.-№51.-С.51-53.

5. Бучма І.М., Бучма О.І., Столярчук П.Г. Оцінка впливу асиметрії основних та паразитних параметрів на роботу диференціального вихрострумового перетворювача // Вимірювальна техніка та метрологія.-1996.№52.-С.104-109.

6. Бучма І.М., Бучма О.І., Столярчук П.Г. Аналіз можливостей симетрування інфранизькочастотного параметричного вихрострумового перетворювача // Вісник ДУ "ЛП".Автоматика, вимірювання та керування.1996.-№305.-С.69-74.

7. Бучма І.М. Стан та методи вдосконалення низькочастотних схем з періодичним перетворенням сигналів // Вимірювальна техніка та метрологія.-1996.-№52.-С.9-12.

8. Бучма І.М. Підвищення точності логометричного перетворювача // Вимірювальна техніка та метрологія.-1997.-№53.-С.125-128.

9. Бучма І.М., Бучма О.І., Столярчук П.Г. Вибір та аналіз електричної моделі пари вихрострумовий перетворювач-дослідний об'єкт // Вісник ДУ "ЛП ". Автоматика, вимірювання та керування.-1997.-№314.-С.58-62.

10. Бучма І.М. Індуктивна електророзвідка та вихрострумова діагностика: єдність, відмінності та перспективи // Вимірювальна техніка та метрологія.-1997.-№53.-С.97-104.

11. Бучма І.М., Бучма О.І. Похибки модуляції сигналів параметричного вихрострумового перетворювача // Вісник ДУ "ЛП ". Автоматика, вимірювання та керування.-1998.-№324.-С.92-97.

12. Бучма І.М. Визначення умов симетрування термокомпенсованого параметричного вихрострумового перетворювача // Вісник ДУ "ЛП ". Автоматика, вимірювання та керування.-1998.-№324.-С.97-100.

13. Бучма І.М. Підвищення швидкодії схем з періодичним порівнянням змінних сигналів // Вісник ДУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-1998.-№356.-С88-93.

Бучма І.М. Вплив флікер-шуму на схеми з періодичним порівнянням змінних сигналів // Вісник ДУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-1998.-№348.-С76-81.

Бучма І.М., Калинюк Ю.П. Аналіз впливу завад на поріг чутливості схем періодичного порівняння з вибором початкової фази комутуючої напруги // Вимірювальна техніка та метрологія.-1999.-№54.-С.28-31.

Бучма І.М. Похибки виділення обвідної методом запам'ятовування амплітудних значень у схемах періодичного порівняння // Вимірювальна техніка та метрологія.-1999.-№55.-С.25-31.

Бучма І.М. Вплив диференціатора двофазного детектора в схемі з періодичним порівнянням на рівень завад // Вісник ДУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-1998.-№366.-С.162-163.

Бучма І.М. Цифровий інфранизькочастотний канал товщиноміра листових сталевих матеріалів і конструкцій // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№3.-С.69-73.

Бучма І.М. Диференціальний вимірювач різниці амплітуд інфранизькочастотних гармонічних сигналів з періодичним порівнянням // Відбір і обробка інформації.-2000.-№14(90).-С.87-91.

Бучма І.М., Калинюк Ю.П. Диференціальний вимірювач амплітуд системи обстеження корозійного стану магістральних трубопроводів з градієнтрими вимірюваннями // Вісник ДУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-2000.-№389.-С.122-127.

Бучма І.М. Автоматична корекція похибок методом зразкових сигналів у схемах з періодичним порівнянням // Вимірювальна техніка та метрологія.-2000.-№56.-С.3-8.

Бучма І.М. Аналіз завад при аероелектророзвідці від варіацій приймальних засобів у магнітному полі Землі // Вісник НУ "ЛП". Автоматика, вимірювання та керування.-2001.-№420.-С.83-86.

Бучма І.М. Автоматична корекція адитивних похибок засобів вимірювання параметрів гармонічного магнітного поля при електророзвідці // Прилади і методи контролю якості.-2001.-№7.-С8-13.

Бучма И. О возможности получения сигнала от рудных месторождений и тел с ферромагнитными свойствами измерительными средствами низкочастотной электроразведки // III Среднеевропейская научн.-техн. конференция ``Компьютерные методы и системы в автоматике и электротехнике''.-Том 1.- 1999, г.Czenstochova-Poraj (Poland).-1999.-С.133-134.

Бучма І.М. Проблеми низькочастотної електромагнітної електророзвідки та діагностики і шляхи їх вирішення // Праці ІІІ міжнар. наук.-техн. конференції "АВІА-2001".-Том 3.-2001, м.Київ.-С.8.8-8.11.

Бучма І.М. Мінімізація порогу чутливості двопетлевої наземної апаратури електророзвідки // Збірник праць 8 міжнар. наук.-техн. конференції "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах" (ВОТТП8-01).-2001, м.Хмельницький.-С139-144.

Авторські свідоцтва і патенти

27. Измеритель разности квадратов амплитуд гармонических сигналов: А.с. 792161 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, В.М.Поджарый (СССР). №2755382/18-21; Заявлено 17.04.79; Опубл.30.12.80, Бюл. №48.-3с.

28. Устройство для геоэлектроразведки: А.c. 807190 СССР, МКИ G 01 V 3/12 / И.М.Бучма, Е.М.Ершов, Ю.П.Калынюк, В.Ф.Лаптев, Л.Я.Мизюк и В.М.Поджарый (СССР). №2755415/18-25; Заявлено 17.04.79; Опубл. 23.02.81, Бюл. №7.-6с.

29. Устройство для измерения разности амплитуд двух квадратурных гармонических сигналов: А.c. 815654 СССР,МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, В.М.Поджарый (СССР). №2762650/18-21; Заявлено 07.05.79; Опубл.23.03.81, Бюл. №11.-2с.

30. Устройство для геоэлектроразведки: А.c. 828152 СССР, МКИ G 01 V 3/06 / И.М.Бучма, Г.А.Зайцев (СССР).-№2787533/18-25; Заявлено 25.06.79; Опубл. 07.05.81, Бюл.№17.-3с.

31. Устройство для геоэлектроразведки: А.c. 890327 СССР, МКИ G 01 V 3/06 / И.М.Бучма (СССР).-№2909608/18-25; Заявлено 09.04.80; Опубл.15.12.81, Бюл. №46.-5c.

32. Устройство для аэроэлектроразведки: А.c. 890336 СССР, МКИ G 01 V 3/06 / И.М.Бучма, Ю.П.Калынюк, В.М.Поджарый (СССР).-№2909609/18-25; Заявлено 09.04.80; Опубл.15.12.81, Бюл. №46.-4с.

33. Устройство для сравнения амплитуд гармонических сигналов: А.c. 920544 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, В.М.Поджарый (СССР).-№2949368/18-21; Заявлено 02.07.80; Опубл.15.04.82, Бюл. №14.-4с.

34. Дифференциальный коммутационный указатель с периодическим сравнением: А.с. 928239 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, Г.А.Зайцев, Л.Я.Мизюк (СССР).-№2978743/18-21; Заявлено 25.08.80; Опубл.15,05.82, Бюл. №18.-4с.

35. Устройство для сравнения амплитуд двух низкочастотных гармонических напряжений: А.c. 1128199 СССР, МКИ G 01 R 29/10 / И.М.Бучма (СССР).-№3596292/24-21; Заявлено 24.05.83; Опубл.07.12.84, Бюл. №45.-7с.

36. Устройство для индикации квадратурного сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами: А.с. 1190292 СССР, МКИ G 01 R 25/00 / И.М.Бучма, А.З.Горук (СССР).-№3702539/24-21; Заявлено 20.02.84; Опубл.07.11.85, Бюл. №41.-3c.

37. Способ индикации квадратурного сдвига фаз: А.с. 1241146 СССР, МКИ G 01 R 25/00 / И.М.Бучма (СССР).-№3735013/24-21; Заявлено 04.05.84; Опубл.30.06.86, Бюл. №24.-3с.

38. Устройство для сравнения амплитуд двух низкочастотных гармонических напряжений: А.с. 1308908 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, Ю.П.Калынюк (СССР).-№3953641/24-21; Заявлено 16.05.85; Опубл. 07.05.87, Бюл. №17.-3с.

39. Устройство для индикации квадратурного сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами: А.с. 1337813 СССР, МКИ G 01 R 25/00 / И.М.Бучма (СССР).-№4036539/24-21; Заявлено 14.03.86; Опубл.15.09.87, Бюл. №34.-4с.

40. Устройство для сравнения амплитуд двух периодических сигналов: А.с. 1402952 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, Ю.П.Калынюк (СССР).-№4098408/24-21; Заявлено 30.07.86; Опубл. 15.06.88, Бюл. №22.-3с.

41. Усилитель постоянного тока: А.с. 1425808 СССР, МКИ H 03 F 3/36 / И.М.Бучма и З.Р.Мычуда (СССР).-№4250614/24-09; Заявлено 27.05.87; Опубл.23.09.88, Бюл. №35.-3с.

42. Устройство для индикации квадратурного сдвига фаз между первыми гармониками переменных сигналов: А.с. 1453336 СССР, МКИ G 01 R 25/00 / И.М.Бучма (СССР).-№4235050/24-21; Заявлено 23.04.87; Опубл.23.01.89, Бюл. №3.-6с.

43. Устройство для сравнения амплитуд переменных сигналов: А.с. 1499252 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, Р.В.Проць (СССР).-№4254456/24-21; Заявлено 24.04.87; Опубл.07.08.89, Бюл. №29.-4с.

44. Устройство для сравнения амплитуд первых гармоник двух периодических сигналов: А.С. 1597750 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, Ю.П.Калынюк (СССР).-№4З49023/24-21; Заявлено 23.12.87; Опубл.07.10.90, Бюл. №37.-4с.

45. Усилитель постоянного тока: А.с. 1665499 СССР, МКИ H 03 F 3/38 / И.М.Бучма, З.Р.Мычуда, П.В.Мокренко (СССР).-№4720863/09; Заявлено 14.07.89; Опубл.23.07.91, Бюл. №27.-3с.

46. Способ измерения относительной разности амплитуд двух гармонических напряжений: А.с. 1732287 СССР, МКИ G 01 R 19/10 / И.М.Бучма, О.И.Бучма (СССР).-№4374215/21; Заявлено 04.01.88; Опубл. 07.05.92, Бюл. №17.-4с.

47. Пат. 23053 А Україна, МКІ G 01 R 19/10. Пристрій для порівняння амплітуд двох гармонійних сигналів / І.М.Бучма, І.Я.Дроздик, Ю.П.Калинюк (Україна).-№ 94052400; Заявлено 16. 05. 94; Опубл. 26.12.95; Бюл. Промислова власність № 4, 1995.-С.2.107. -3с.

48. Пат. 29646 А Україна, МКІ G 01 N 27/90. Пристрій для вихрострумового контролю / І.М.Бучма, О.І.Бучма, П.Г.Столярчук (Україна).-№ 96041529; Заявл. 17.04.96; Опубл. 30.10.98; Бюл. Промислова власність №5, 1998.-С.2.401.

49. Пат. 29660 А Україна, МКІ G 01 R 17/10. Спосіб вимірювання відносного відхилення опору / І.М.Бучма, О.І.Бучма, П.Г.Столярчук (Україна).-№ 96062525; Заявл. 25.06.96; Опубл. 30.06.98; Бюл. Промислова власність №3, 1998.-С.2.312.

Анотація

Бучма І.М. Розвиток теорії та принципів побудови засобів вимірювання з періодичним порівнянням низькочастотних гармонічних сигналів.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.05 - прилади та методи вимірювання електричних і магнітних величин.-Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2001.

Дисертація присвячена питанням розвитку теорії та принципів побудови засобів вимірювання з періодичним порівнянням низькочастотних гармонічних сигналів з діапазону десяті долі-десятки Гц, які дозволяють досягнути зведеного порогу чутливості 10-4. Розвинуто відомі та розроблено нові принципи побудови аналогових і цифрових засобів вимірювання з періодичним порівнянням амплітуд змінних сигналів. В основі розроблених принципів лежать нові методи підвищення точності як структур в цілому, так і їх окремих частин, зокрема таких як сенсори змінного магнітного поля та одноканальні структури періодичного порівняння. Запропоновані оригінальні структури, метрологічні параметри яких обґрунтовані теоретично і підтверджені практично. Основні результати роботи знайшли застосування при проектуванні нових засобів електромагнітної діагностики та індуктивної низькочастотної електророзвідки. Теоретично обґрунтована можливість розширення кола вирішуваних задач відомих засобів аероелектророзвідки на пошук родовищ руд з феромагнітними властивостями, чим закладено новий напрямок в аероелектророзвідці.

Ключові слова: засоби вимірювання, низька частота, гармонічні сигнали, періодичне порівняння, поріг чутливості.

Аннотация

Бучма И.М. Развитие теории и принципов построения средств измерения с периодическим сравнением низкочастотных гармонических сигналов.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специалности 05.11.05 - приборы и методы измерения электрических и магнитных величин.- Национальный университет "Львівська політехніка", Львов, 2001.

Диссертация посвящена вопросам развития теории и принципов построения средств измерения с периодическим сравнением низкочастотных гармонических сигналов из диапазона десятые доли-десятки Гц, позволяющих достигнуть приведенного порога чувствительности 10-4, что необходимо, например, в индуктивной низкочастотной электроразведке или электромагнитной дефектоскопии.

Анализ условий решения прикладных проблем и возможностей метода периодического сравнения, систематизация адитивных погрешностей убеждает, что одноканальность структуры средств измерения обеспечивает приведенный порог чувствительности 10-4 и менее, если соотношение частот сравниваемых сигналов и коммутации будет (/)1. Для сигналов из упомянутого низкочастотного диапазона премлемым может быть соотношение (/)=12, редко больше. При таких соотношениях только за счет комбинационных частот на выходе детектора случайная составляющая аддитивной погрешности может достигать 4%.

Получила дальнейшее развитие теория аналоговых средств измерения амплитудных и амплитудно-фазовых параметров низкочастотных гармонических сигналов с периодическим сравнением. В результате развиты известные и разработаны новые принципы построения средств измерения (запоминание амплитудных значений сравниваемых сигналов в канале несущей частоты; двухфазное запоминание амплитуд с целью уменшения уровня постоянной составляющей; запоминание амплитуд с преобразованием импульсной огибающей при сравнении несинфазных сигналов в огибающую типа меандр; автоматическая коррекция аддитивных погрешностей с использованием одного из сравниваемых сигналов в качестве образцового; замена части искаженного переходным процессом выходного сигнала узкополосного усилителя канала несущей частоты), способные обеспечить улучшение метрологических параметров (порог чувствительности, быстродействие).

Разработаны принципы построения (измерение относительной разности амплитуд, запоминание амплитудных значений сравниваемых сигналов в канале несущей частоты, автоматическая коррекция аддитивной погрешности аналогового инвертора, применение двухтактного интегрирования) цифровых средств измерения параметров низкочастотных гармонических сигналов, что позволило предложить новый способ линеаризации характеристик схем включения (неуравновешенный мост, делитель напряжения) датчиков, например, вихретоковых преобразователей. Показано, что включение датчика по схеме делителя напряжения обеспечивает чувствительность в два раза выше чем при включении его в неуравновешенный мост.

Проанализировано влияние нормальнораспределенной узкополосной помехи в канале формирования коммутирующего сигнала, а также влияние низкочастотного фликер-шума в канале огибающей на погрешность сравнения амплитуд, указаны методы снижения этого влияния.

Получены аналитические зависимости для оценки влияния асимметрии основных и паразитных параметров трансформаторного и термокомпенсированого параметрического вихретоковых преобразователей (ВСП). Произведена оценка погрешности для реальных ВСП. Показано, что эти погрешности имеют систематический характер и могут быть уменьшены до допустимого уровня (ниже 0,01%). Усовершенствована статическая модель электроразведки и вихретоковой диагностики, которая отражает изменение с частотой знака синфазной составляющей вторичного поля для ферромагнитных материалов.

Получена оценка погрешности модуляции сигналов термокомпенсированого параметрического ВСП за счет неидентичности активных сопротивлений обмоток, которая составила около 0,3%. Но погрешность имеет систематический характер и может быть скомпенсирована. Предложены методы компенсации, показано, что есть простой и эффективный метод, позволяющий свести погрешность к уровню 0,0025%, т.е. уменьшить на два порядка.

На основе разработанных способов и методов предложены оригинальные структуры дифференциальных измерителей амплитуд, индикаторов малых фазовых отклонений от синфазности и квадратуры, средств вихретоковой диагностики и индуктивной электроразведки, усилителей постоянного тока типа М-ДМ, приведены экспериментальные результаты, полученные при реализации некоторых из этих структур, подтверждающие их высокие метрологические параметры.

Основные результаты работы нашли применение при проектировании новых средств электромагнитной электроразведки и диагностики, а также могут найти применение в дальнейшем при проектировании новых средств аналогичного назначения, позволяют расширить круг задач, решаемых средствами аэроэлектроразведки, на поиск рудных месторождений и тел с ферромагнитными свойствами.

Ключевые слова: средства измерения, низкая частота, гармонические сигналы, периодическое сравнение, порог чувствительности.

Annotation

Buchma I.M. Development of theory and design principles of measurement means with periodical comparison of low frequency harmonious signals.-Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.11.05 - devices and methods of measurement of electrical and magnetic sizes.-National university "Lvivska politechnica", Lviv, 2001.

This thesis is dedicated to the theory and problems of designing means of measurement with periodical comparison of low frequency harmonious signals with the range from 10-1 Hz until 102 Hz and with a relative threshold of response of 10-4.

Known and new design principles of analogue and digital means of measurement with periodical comparison of amplitudes of alternating signals were respectively developped and elaborated. The foundation of the elaborated principles is new methods of increase of precision of means in general as well as of its separate parts, for example, sensors of alternating magnetic field or one-channel structure with periodical comparison. A new original measuring structure was suggested. The high metrological parameters of this structure were confirmed by theory and experiments. The main results were used to create new means of electromagnetic low frequency diagnostic and prospecting. The possibility of the broadening of solving problems by airborne electromagnetic systems on prospect conductive ore deposits and bodies with ferromagnetic properties has been proven by the theory.

Key words: means of measurement, low frequency, harmonious signals, periodical comparison, threshold of response.

Размещено на Allbest.ru

...