Статья

Название статьи ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Автор С.А. Кузин, П.А. Львов, А.А. Львов, М.С. Светлов
Рубрика РАЗДЕЛ I. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Месяц, год 03, 2017
Индекс УДК 621.315:621.317.7:621.391
DOI
Аннотация Работа посвящена разработке новых емкостных датчиков абсолютного и избыточного давления, используемых для нужд авиационной и космической техники и удовлетворяющих требованиям программы импортозамещения. Предложена методика повышения точности измерения современных цифровых интеллектуальных емкостных датчиков давления, которая основана на использовании нового формирователя сигналов датчиков, когда чувствительный элемент и опорная емкости включаются в петлю переменного тока, и обработке выходных оцифрованных сигналов по методу максимального правдоподобия. В отличие от известного способа построения формирователя резистивных датчиков на основе петли постоянного тока предложено использовать генератор переменного тока в качестве источника опорного сигнала. Рассмотрена математическая модель системы: чувствительный элемент–формирователь сигнала, показано, как за счет ее усложнения можно снизить требования к используемым источнику переменного тока и операционным усилителям. Задача оценивания неизвестных параметров полученной математической модели сведена к решению линейной системы уравнений с билинейным ограничением на вновь введенные неизвестные параметры, приведены выражения для оценок параметров математической модели датчика, получаемых в результате применения итеративной процедуры. Эти оценки обладают всеми оптимальными свойствами оценок максимального правдоподобия. В работе обсуждаются достоинства предлагаемой методики, среди которых можно выделить высокие точность измерения и чувствительность датчика, а также более простую конструкцию формирователя сигналов и относительно невысокую себестоимость датчика. Проведен сравнительный анализ достигаемой точности измерения предлагаемой методики и двух классических известных методов измерения с помощью имитационного моделирования. Показано, что точность нового датчика примерно на порядок превосходит точность существующих аналогов, производимых в настоящее время.

Скачать в PDF

Ключевые слова Интеллектуальный цифровой датчик; емкостной датчик давления; петля переменного тока; формирователь сигналов; оптимальное оценивание; метод максимального правдоподобия.
Библиографический список 1. Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: пер. с франц.: В 2 т. – М.: Мир, 1992. – Т. 1. – 480 с. – Т. 2. – 424 с.
2. Кнеллер В.Ю. Преобразование физических величин: специфика, связи с другими процессами, пути решения основных задач // Датчики и системы. – 2007. – № 12. – С. 58-67.
3. Виноградов М.А. Программируемые формирователи сигналов мостовых датчиков // Компоненты и технологии. – 2008. – № 4. – С. 44-50.
4. Тростников Д.А., Жук В.И. Датчики давления: принципы работы и опыт эксплуатации // Энергетика и ТЭК. – 2008. – № 7-8. – С. 67-69.
5. Preethichandra D.M., Shida K. A Simple Interface Circuit to Measure Very Small Capacitance Changes in Capacitive Sensors // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.
– 2001. – Vol. 50, No. 6. – P. 1583-1586.
6. Peng K.H., Uang C.M. The Temperature Compensation of the Silicon Piezo-Resistive Pressure Sensor Using the Half-Bridge Technique // Reliability, Testing, and Characterization of MEMS/MOEMS III, Proceedings of SPIE. – 2004. – Vol. 5343. – P. 292-301.
7. Meijer G.C.M., de Jong P.C. A High-Temperature Electronic System for Pressure-Transducers // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2000. – Vol. 49, No. 2. – P. 365-370.
8. Anderson K.F. The New Current Loop: An Instrumentation and Measurement Circuit Topology // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 1997. – No. 10. – P. 11-19.
9. Львов А.А., Пыльский В.А. Линейная петлевая схема точной обработки сигналов датчиков // Вестник СГТУ. – 2004. – № 2 (3). – С. 102-113.
10. Gureev V.V., L’vov A.A., Pyl’skiy V.A. Improvement of the Current Loop Circuit for AC and DC Applications Based on Digital Signal Processing // Proceedings of the IEEE Instrumentation and Measurement Technologies Conference, Sorrento, Italy, 2006. – P. 1257-1261.
11. L’vov, A. L’vov P., Konovalov R. Improvement of Piezoresistive Pressure Sensor Accuracy by Means of Current Loop Circuit Using Optimal Digital Signal Processing // Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engi-neering Conference (2016 ElConRusNW), St. Peterburg, Russia, 2016. – P. 279-282.
12. Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях. – М.: Радио и связь, 2006. – 230 с.
13. Поляков А.В., Поляков В.Б., Одинцов М.А. Перспективные кварцевые пьезорезонансные датчики давления // Компоненты и технологии. – 2011. – № 1. – C. 18-20.
14. Коновалов Р.С., Львов П.А., Львов А.А. Повышение точности высокотемпературных емкостных датчиков абсолютного давления // Проблемы управления, обработки и передачи информации (УОПИ-2015): сб. тр. IV Междунар. науч. конф.: в 2 т. Т. 2. – Саратов: Изд. дом «Райт-Экспо», 2015. – С. 136-142.
15. Коновалов Р.С., Львов А.А. Высокотемпературные датчики давления // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х т. Т. 2. – 2014. – С. 48-50.
16. Николаенко А.Ю., Львов А.А., Львов П.А. Компенсация температурной погрешности интеллектуальных датчиков давления // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2-х т. Т. 2. – 2014. – С. 57-59.
17. Andersson T., Händel P. IEEE Standard 1057, Cramér–Rao Bound and the Parsimony Principle // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2006. – Vol. 55, No. 1.
– P. 44-53.
18. Händel P. Properties of the IEEE-STD-1057 Four-Parameter Sine Wave Fit Algorithm // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements. – 2000. – Vol. 49, No. 6. – P. 1189-1193.
19. Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез в условиях априорной неопределенности и адаптация информационных систем. – М.: Сов. радио, 1977. – 242 с.
20. L’vov A.A., L’vov P.A., Konovalov R.S., Kuzin S.A. The Use of Current Loop Circuit as a Signal Conditioner for High Accuracy Digital Piezoresistive Pressure Sensors // Proceedings of the International scientific and technical conference "Dynamics of system, mechanisms and machines" (Dynamics), Omsk State Technical University, Omsk, Russia, 2016. – P. 315-319.

Comments are closed.