Многоканальное устройство для измерения параметров сигналов
Полезная модель относится к области радиоизмерительной техники. Устройство содержит N измерительных преобразователей, подключенных к одному из входов соответствующих коммутаторов, а вторые входа коммутаторов соединены с землей, при этом выходы всех коммутаторов соединены через линии для передачи сигналов с входом измерительного прибора. Управляющие выводы коммутаторов соединены с выходами блока управления, а управляющий выход измерительного прибора соединен с входом блока управления. Полезная модель позволяет исключить влияние температуры на линии связи, а так же повысить точность и надежность измерения параметров сигнала при передаче их по линиям связи. 2 ил.
Полезная модель относится к области радиоизмерительной техники и может быть использована для измерения параметров слабых сигналов в телеметрических системах, измерительные датчики которых расположены на значительном расстоянии от регистрирующей аппаратуры. В связи с этим на регистрируемый сигнал оказывают влияние внешние (природные) факторы, которые могут значительно искажать зафиксированные значения слабых сигналов.
Измерительные датчики размещаются на обширной территории для целей мониторинга технических объектов и соединяются с регистрирующей аппаратурой с помощью длинных проводных линий. Длины этих линий различны и могут достигать тысяч метров.
Измеренные параметры слабых сигналов, их спектральный состав и максимальные значения отражают технические особенности и динамику развития наблюдаемого объекта. Анализ сигналов дает информацию о состоянии объекта и об аномалиях его развития, что позволяет принимать правильные и своевременные решения по его эксплуатации.
Чем сложнее объект и чем больше его значимость, тем большие требования предъявляются к точности измерений и анализу параметров сигнала с целью выявления предпосылок к снижению надежности работы этого объекта. Важнейшим условием для обеспечения высокой точности измерений при мониторинге является стабильность параметров всех звеньев измерительной системы, учитывая долговременный характер мониторинговых работ. В этом случае важным является контроль параметров линий связи и устранение влияния данного фактора на сигналы измерительных датчиков.
При изменении температуры окружающей среды электрические характеристики линий связи варьируются в больших пределах. Поэтому в измерительных системах мониторинга используют устройства и методы компенсации изменения электрических параметров линий, позволяющие повысить точность измерения сигналов при их передачи по линиям большой длинны.
Известно устройство для измерения параметров сигнала [1], содержащее измерительный преобразователь и источник образцового сигнала, подключенные к входам коммутатора, линию передачи сигнала, второй коммутатор, управляемое сопротивление, измерительный прибор, блок управления, элемент сравнения и источник номинального напряжения. Выход первого коммутатора связан с последовательно соединенной линией передачи сигнала, управляемым сопротивлением и вторым коммутатором. Управляющие выводы коммутаторов соединены с первым выходом блока управления. Один выход второго коммутатора подключен к входу измерительного прибора, а другой - к одному из входов элемента сравнения. Ко второму входу элемента сравнения подключен источник номинального напряжения. Выход элемента сравнения соединен с входом блока управления, ко второму выходу которого подсоединен управляющий вывод управляемого сопротивления. В этом устройстве происходит суммарная коррекция сопротивления линии по результату сравнения номинального напряжения и напряжения источника сигнала, измеренного после второго коммутатора.
Недостатком этого устройства для измерения параметров сигнала является то, что при телеметрии затруднительно использовать удаленный источник образцового сигнала, а так же возникает необходимость в наличии средств контроля удаленного источника. Это необходимо для обеспечения точности и надежности измерений, что предъявляет очень жесткие требования к применению данного устройства и в случае использования пассивных датчиков в системе мониторинга эти требования трудновыполнимы. Кроме того, для уменьшения влияния температуры окружающей
среды на результаты регистрации слабых сигналов необходимо использовать схему температурного контроля питания для источника образцового сигнала и для источника номинального напряжения, что обусловлено значительными изменениями температуры окружающей среды при мониторинге. Наличие двух независимых источников образцового и номинального напряжений приводит к погрешности измерений, связанной с возможной взаимной нестабильностью источников.
Известно устройство для измерения параметров сигнала [2], которое берется за прототип, содержащее измерительный преобразователь, первый коммутатор, линию для передачи сигнала, последовательно соединенные управляемое сопротивление и второй коммутатор, блок управления, измерительный прибор, источник номинального напряжения, а также датчик тока и эталонное сопротивление. Измерительный преобразователь, подключен к одному из входов первого коммутатора, при этом выход этого коммутатора соединен с одним из входов управляемого сопротивления через линию для передачи сигнала, другой вход управляемого сопротивления подключен к входу второго коммутатора, один выход которого подключен ко входу измерительного прибора, причем управляющие выводы коммутаторов соединены с первым выходом блока управления, а второй выход блока управления подсоединен к управляющему выводу управляемого сопротивления, источник номинального напряжения подключен к другому входу второго коммутатора через эталонное сопротивление, при этом эталонное сопротивление также подключено к входам датчика тока, выход которого подключен к входу блока управления, а второй вход первого коммутатора соединен с общим проводом линии и измерительного преобразователя. Это устройство позволяет скомпенсировать изменение сопротивления линии и устранить соответствующие погрешности при измерении параметров сигнала.
Недостатком этого устройства для измерения параметров сигнала является то, что управляющее сопротивление позволяет компенсировать изменение сопротивления линии и устранить соответствующие погрешности только в ограниченном диапазоне. При значительных изменениях сопротивления линии, превышающих пределы изменения сопротивления управления, возникает ошибка измерения. Такая ошибка в данном устройстве не контролируется, что может привести к серьезным нарушениям функционирования мониторинговых устройств. Также не существует контроля за обрывом провода, т.е. при обрыве измерение сигнала продолжается с ошибкой.
Таким образом, в рассмотренном устройстве отсутствие средств контроля предельных значений управляемого сопротивления не позволяет с достаточной точностью и надежностью измерять параметры слабых сигналов передаваемых через проводные линии.
Кроме того, увеличение количества контролируемых линий приводит к усложнению устройства управления и устройства в целом.
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, заключается в увеличении числа каналов измерения сигналов, упрощении работы и управления устройством, а также повышении точности и надежности измерения параметров сигнала, поступающего от измерительных датчиков к регистрирующей аппаратуре, через проводные линии.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для измерения параметров сигнала, содержащее измерительный преобразователь, подключенный к одному из входов коммутатора, причем выход этого коммутатора подсоединен к входу своей линии для передачи сигнала, а управляющий вход коммутатора соединен с блоком управления, дополнительно введены n-1 измерительных преобразователя, подключенные к входам n-1 коммутаторов, другие входы всех коммутаторов подсоединены к земле, а выходы коммутаторов подсоединены к входам своих линий для передачи сигналов, управляющие входы всех коммутаторов соединены с блоком
управления, также выходы линий для передачи сигналов подключены к входу измерительного устройства, управляющий выход которого соединен с входом блока управления.
На фиг.1. изображена схема многоканального устройства для измерения параметров сигнала. Устройство содержит измерительные преобразователи 11, ..., 1n, коммутаторы 21 , ..., 2n, линии для передачи сигнала 3 1, ..., 3n, блок управления 4, измерительный прибор 5.
Устройство работает следующим образом. Выбор контролируемой i-ой линии осуществляется измерительным прибором 5 с помощью блока управления 4. В момент проведения измерения сигнала на линии 3i осуществляется подсоединение к измерительного преобразователя 1i к измерительному устройству через сопротивление Ri согласно управляющему воздействию с блока управления 4. Оставшиеся линии передач при этом замкнуты на землю с помощью коммутаторов 2 1, ..., 2n, и сопротивления этих линий соединяются параллельно и образуют сопротивление R П. Как показано на фиг.2 получаем делитель напряжения образованный сопротивлениями линий.
Влияние температуры на сопротивление линий может быть записано в следующем виде [3]:
R i=R0i(1+k
T), Rn=R0n(1+kT)
где R0i, R 0n - сопротивление линий при средней температуре; T - отклонение температуры; k - температурный коэффициент.
Коэффициент деления для сигнала по i-ой линии может быть определен по следующему соотношению
Как видно из данной формулы коэффициент деления не зависит от изменений температуры и может быть определен при начальной установке системы.
Допустимые значение коэффициента деления и сопротивление определены для каждой линии и записаны в измерительном устройстве. В случае, когда коэффициент деления делителя выйдет за допустимое значение или при отсутствии сигнала измерительное устройство зафиксирует факт обрыва линии. Таким образом, применение данного устройства устраняет влияние температуры на линии связи, позволяет с достаточной точностью и надежностью измерять параметры слабых сигналов передаваемых через проводные линии. Также оно позволяет увеличивать или уменьшать количество подключаемых измерительных преобразователей под конкретные условия измерений и контроля над объектом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2254580 С1, МПК G01R 17/02, Опубликован 20.06.2005 Бюл. №17.
2. Патент РФ №54206, МПК G01R 17/02, Опубликован 10.06.2006 Бюл. №16.
3. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1965.
Многоканальное устройство для измерения параметров сигналов, содержащее измерительный преобразователь, подключенный к одному из входов коммутатора, причем выход этого коммутатора подсоединен к входу своей линии для передачи сигнала, а управляющий вход коммутатора соединен с блоком управления, отличающееся тем, что дополнительно введены n-1 измерительных преобразователя, подключенные к входам n-1 коммутаторов, при этом другие входы всех коммутаторов подсоединены к земле, а выходы коммутаторов подсоединены к входам своих линий для передачи сигналов, управляющие входы всех коммутаторов соединены с блоком управления, выходы линий для передачи сигналов подключены к входу измерительного устройства, управляющий выход которого соединен с входом блока управления.
