Использование широтно-импульсной модуляции для борьбы с амплитудными помехами на примере контактного кондуктометра

Аннотация

Проанализировано влияние широтно-импульсной модуляции на амплитудные помехи контактного кондуктометра, построены модели измерительных ячеек прибора, смоделировано влияние амплитудных помех на результат измерения.

Полный текст

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.