ВТОРИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ 

Дмитриенко Алексей Геннадиевич, кандидат технических наук, генеральный директор, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10)
niifi@sura.ru
Ляшенко Антон Валерьевич, начальник отдела центра 1, Научно-исследовательский институт
физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), preobrazovatel@niifi.ru
Цыпин Борис Вульфович, доктор технических наук, профессор, кафедра ракетно-космического
и авиационного приборостроения, Пензенский государственный университет
(Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), cypin@yandex.ru

 621.317

Актуальность и цели. К информационно-измерительным системам (ИИС) аварийной защиты ракет-носителей предъявляются жесткие требования по надежности, в том числе метрологической. Одним из важнейших параметров, измеряемых при пуске ракет-носителей, является частота вращения ротора турбоагрегата стартового двигателя. Исходя из результатов измерения формируются команды управления двигателем. Задача измерения усложнена тем, что в непосредственной близости от двигателя могут находиться электрические кабели систем управления двигателем, по которым осуществляется подача мощных сигналов, управляющих исполнительными элементами двигателя (пироклапанами, электропневмоклапанами и др.), являющихся наряду с цепями питания бортовой электроники источниками мощных электромагнитных помех.
Материалы и методы. Достигнутые к настоящему времени вычислительные возможности микроконтроллеров позволяют использовать эффективные способы анализа измерительных сигналов, основанные на аппроксимационных методах, методах регрессионного анализа и процедуры наименьших квадратов. Использованный в данной работе метод наименьших квадратов Прони для представления сигнала датчика x[t] использует выборочные данные (дискретные отчеты сигнала, полученные аналого-цифровым преобразованием). Для описания сигнала используется наиболее естественная модель, представляющая собой сумму свободных и вынужденных затухающих колебательных составляющих разной частоты f_i с соответствующими амплитудами U_i , фазами i и затуханиями i . В основе определения этих параметров лежит более общая аппроксимация данных, описываемая авторегрессионным уравнением.
Результаты. Рассмотрена задача измерения частоты вращения деталей и узлов энергонасыщенных объектов. Показано, что известные методы обеспечения помехоустойчивости, основанные на амплитудной и временной селекции, позволяют проводить измерения только при отношении амплитуд «сигнал–помеха», превышающем два. Приведено вербальное описание алгоритмов обработки сигналов, основанных на сочетании методов эмпирического модального разложения сигнала на колебательные компоненты и определения параметров компонент методом наименьших квадратов Прони. 
Выводы. Применение во вторичном преобразователе ИИС современных цифровых аппроксимационных методов обработки измерительных сигналов с последующим определением параметров сигнала методом Прони позволяет обеспечить высокую точность измерения частот вращения даже в случае действия мощных помех, значительно превышающих полезный сигнал.

Ключевые слова

информационно-измерительная система, частота вращения, индукционный датчик, вторичный преобразователь, измерительный сигнал, помехоустойчивость, погрешность, цифровая обработка, алгоритм, эмпирические моды, экстремальная фильтрация, метод Прони.

 Скачать статью в формате PDF

1. Патент 2352058 Российская Федерация. Способ формирования импульсов из сигналов  индукционных датчиков частоты вращения / Мурашко Н. А., Мурашко О. А. – Опубл. 10.04.2009.
2. Патент № 2399153 Российская Федерация. Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / Мокров Е. А., Елизаров В. П., Мельников А. А., Цыпин Б. В. – 2010, БИ № 25.
3. Патент № 2399154 Российская Федерация. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / Мокров Е.А., Елизаров В.П., Мельников А.А., Цыпин Б. В.2010, БИ № 25.
4. Патент № 2400929 Российская Федерация. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / Мокров Е. А., Елизаров В. П., Орлов В. Н., Мельников А. А., Цыпин Б. В. – 2010, БИ № 27.
5. Марпл, С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С. Л. Марпл. – М. : Мир, 1990.
6. Мясникова, М. Г. Преобразование Прони в задаче измерения параметров гармонических сигналов в шумах / М. Г. Мясникова, Б. В. Цыпин, П. Г. Михайлов // Датчики и системы. – 2007. – № 4. – С. 19–22.
7. Цыпин, Б. В. Применение методов цифрового спектрального оценивания в задаче измерения параметров сигнала / Б. В. Цыпин, М. Г. Мясникова, В. В. Козлов, С. В. Ионов // Измерительная техника. – 2010. – № 10. – С. 26–30.
8. Ляшенко, А. В. Виды помех и способы борьбы с ними в сигнале индукционного датчика частоты вращения в системах аварийной защиты энергонасыщенных объектов / А. В. Ляшенко, Д. В. Пена, М. В. Чернов // Актуальные проблемы ракетнокосмического приборостроения и информационных технологий : тезисы докладов V Всерос. науч.-техн. конф. (5–7 июня 2012 г.). – М. : Радиотехника, 2012. – С. 186.
9. Патент № 2549 519 Российская Федерация. Способ и устройство для сжатия и восстановления сигналов / Мясникова Н. В., Мясникова М. Г., Терехина А. В., Цыпин Б. В. – H03M7/30. – Опубл. 20.04.2015, БИ № 12.
10. Ломтев, Е. А. Совершенствование алгоритмов сжатия-восстановления сигналов для систем телеизмерений / Е. А. Ломтев, М. Г. Мясникова, Н. В. Мясникова, Б. В. Цыпин // Измерительная техника. – 2015. – № 3. – С. 11–14.
11. Терехина, А. В. Повышение метрологических характеристик информационноизмерительных систем путем совершенствования методов сжатия-восстановления сигналов на основе процедуры Прони : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16, 05.11.01 / Терехина А. В. – Пенза, 2014. – 168 с.