The use of pulse-width modulation for reduction the amplitude noise on the example of the contact conductivity meter

Abstract

The analysis on the possibility of using pulse width modulation to control the amplitude noise on the example of the contact conductivity meter is made. There were built various models measuring cell of the device and simulated the effects of amplitude noise on the measurement.

Full Text

Амплитудные помехи являются одним из основных видов помех в измерительной технике. Как правило, источниками таких помех служат нестабильность напряжения питания прибора; изменение параметров внешней среды; влияние внешних электромагнитных и электростатических полей; нестабильность работы отдельных элементов электрической цепи прибора; наличие паразитных связей между отдельными элементами устройства и т.д. Одним из методов измерения наиболее чувствительных к амплитудным помехам является контактная кондуктометрия. Чтобы проанализировать использование широтно-импульсной модуляции на амплитудные помехи были построены различные модели измерительных ячеек прибора и смоделировано влияние амплитудных помех на результат измерения. Для анализа были выбраны различные модели измерительных ячеек прибора, представляющих собой различные звенья первого порядка. ШИМ-сигнал при прохождении через электрическую цепь датчика прибора подвергается искажению, вследствие чего он меняет свою первоначальную форму, амплитуду, длительность и т.п. Длительность выходного сигнала, прошедшего через измерительную ячейку, представляющую собой апериодическое звено 1-го порядка запишем в виде следующего выражения: , где: – длительность немодулированного ШИМ-сигнала; – период ШИМ-сигнала; T – параметр измерительной ячейки прибора. В качестве основного критерия эффективности применения на практике широтно-импульсной модуляции была взята чувствительность измерительной ячейки прибора: . При анализе модулированного ШИМ-сигнала частотой 1 кГц в диапазоне длительностей от 10–10 до 10–4 с был получен график, приведенный на рисунке 1. Рисунок 1 – Зависимость модулированного ШИМ-сигнала от параметра ячейки прибора на частоте 1 КГц Сравнительный анализ измерительных ячеек прибора по их чувствительности к измеряемому параметру показало что целесообразнее всего в качестве измерительной ячейки использовать апериодическое звено первого порядка. Его особенностью является постоянная высокая чувствительность в диапазоне параметра измерительной ячейки от 10–7 до 10–5 на частоте 1 КГц при длительности немодулированного ШИМ-сигнала длительностью 10–4 с. График зависимости чувствительности от параметра измерительной ячейки прибора в диапазоне от 10–7 до 1 с для модели измерительной ячейки в виде апериодического звена первого порядка при частоте немодулированного ШИМ-сигнала 1 КГц с длительностями от 10–10 до 10–4 с изображён на рисунке 2. Рисунок 2 – График зависимости чувствительности ШИМ-сигнала на частоте 1 КГц На основании полученных математических моделей можно сделать следующие выводы: 1) промодулированный ШИМ-сигнал зависит только от параметров измерительной ячейки прибора; 2) длительность выходного сигнала не зависит от амплитуды немодулированного ШИМ-сигнала, что свидетельствует о нечувствительности к этому параметру и амплитудным помехам.