Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор технологий преобразования параметров струнных датчиков .. 10
1.1 Исследование конструктивных и функциональных особенностей струнных датчиков 10
1.1.1 Методы преобразования колебаний струны 11
1.1.2 Методы возбуждения; 14
1.2 Обзор методов измерения параметров струнных датчиков . 17
1.2.1 Анализ методов измерения частотно-временных параметров 17
1.2.2 Анализ принципов измерительного преобразования активного сопротивления 27
1.2.3 Анализ характеристик затухания колебаний 29
1.3 Сравнительный анализ приборов для работы со струнными датчиками 31
1.3.1 Классификация и характеристики приборов 31
1.3.2 Обзор измерительных приборов для струнных датчиков 32
1.3.3 Обобщение результатов обзора приборов для работы со струнными датчиками 44
2 Анализ теоретических положений для решения задач преобразования параметров струнных датчиков 47
2.1. Оптимизация спектрального распределения энергии колебаний струны в процессе возбуждения. 47
2.1.1 Оптимизация импульсного возбуждающего воздействия для формирования моногармонического колебания струны 47
2.1.2 Исследование спектрального состава колебаний струны при различных формах импульса возбуждения 51
2.1.3 Заключение по результатам исследований 60
2.1.4 Анализ путей совершенствования методов преобразования параметров струнных датчиков 63
2.2 Разработка и анализ метода повышения точности измерения частоты с использованием технологий спектрального анализа 65
2.2.1 Обоснование возможности искусственного улучшения разрешающей способности метода 65
2.2.2 Исследование способов повышения разрешающей способности метода и анализ погрешностей 67
2.3 Разработка и совершенствование методов измерения декремента затухания 75
2.3.1 Анализ погрешности метода измерения по амплитудным значениям 76
2.3.2 Анализ погрешности метода измерения коэффициента затухания по среднеквадратическим значениям 79
2.3.3 Анализ погрешности метода измерения коэффициента затухания по средневыпрямленным значениям 82
2.3.4 Сравнение рассмотренных методов измерения параметров затухания 84
2.3.5 Расчет усредняющего фильтра для измерения относительного изменения амплитуды сигнала датчика 84
2.3.6 Сравнительный анализ погрешности методов измерения коэффициента затухания 88
2.4 Заключение 90
3 Разработка и анализ программно-аппаратных структур современных измерительных систем для струнных датчиков 91
3.1 Построение обобщённых структурных реализаций измерительной аппаратуры для струнных датчиков 91
3.1. 1 Анализ требуемых характеристик элементов измерительных систем для струнных датчиков. 92
3.1.2 Построение структурной схемы измерительного устройства для струнных датчиков 100
3.2 Исследование и разработка программных технологий обработки
сигналов струнных датчиков для микроконтроллерных устройств... 105
3.2.1 Оптимизация процедуры измерения периода с помощью счётно-импульсных методов 105
3.2.2 Исследование и оптимизация алгоритма измерения частоты с помощью спектрального метода 107
3.2.3 Сравнительный анализ методов измерения частоты по результатам экспериментальных исследований 116
3.2.4 Анализ результатов реализации и экспериментальных исследований метода измерения коэффициента затухания 121
3.2.5 Структурная реализация канала измерения активного сопротивления 124
3.3 Заключение 126
4 Практическая реализация систем сбора данных с использованием струнных датчиков 127
4.1 Система оперативного контроля деформаций плотины Бурейской ГЭС
на базе автономного вторичного преобразователя для струнных датчиков (ВПСД) 127
4.1.1 Структурная схема ВПСД и его основные узлы 129
4.1.2 Результаты испытанийи эксплуатации 133
4.2 Автоматизированная распределённая система оперативного контроля деформаций железо-бетонных конструкций 135
4.2.1 Структурная схема системы и её основные узлы 135
4.2.2 Результаты испытаний и эксплуатации 137
Заключение 141
Литература
- Обзор методов измерения параметров струнных датчиков
- Анализ путей совершенствования методов преобразования параметров струнных датчиков
- Анализ погрешности метода измерения коэффициента затухания по среднеквадратическим значениям
- Построение структурной схемы измерительного устройства для струнных датчиков
Введение к работе
Актуальность. Технология измерений с помощью струнных датчиков весьма актуальна, когда речь идёт о контроле состояния различных гидротехнических и подземных сооружений, например, плотин ГЭС, тоннелей, мостов. Благодаря преимуществам частотного выходного сигнала, высокой чувствительности и долговечности датчики этого типа получили широкое распространение в нашей стране и за рубежом, а для преобразования их параметров многими производителями выпускается специализированная вторичная аппаратура.
Теория и практика использования струнных датчиков достаточно развиты, поскольку основные задачи в этой области решались, начиная с 20-30х годов XX века (работы академика Н.Н. Давиденкова). Но по мере накопления опыта эксплуатации возник ряд вопросов, связанных с точностью и надёжностью вторичного измерительного преобразования.
Для измерения частоты (периода) сигнала датчика, как правило, применяются хорошо известные цифровые счетные методы, надёжные и сравнительно простые в реализации. Однако на точность этих методов существенное влияние оказывают вызываемые старением датчиков уменьшение амплитуды сигнала и увеличение скорости затухания, а также неосновные гармоники колебаний струны и наведённые помехи.
Учитывая, что подавляющее большинство находящихся в эксплуатации струнных датчиков труднодоступны для замены, ремонта или периодической поверки, совершенствование методов вторичного преобразования их параметров является очевидным шагом на пути повышения точности и надёжности измерений, увеличения срока эксплуатации датчиков. Это касается как методов измерения частоты сигнала датчика, так и способов возбуждения колебаний и оценки состояния датчика по таким параметрам как спектральный состав колебаний струны, декремент их затухания и амплитуда сигнала отклика. Цель работы.
Целью работы является исследование и развитие методов вторичного преобразования параметров струнных датчиков, а также peiije^^g^Jm^^BHOES1! проектирования
«ИММГЕЗД |
2 универсальных измерительных систем для струнных датчиков. В связи с основным направлением исследований в диссертационной работе решаются следующие задачи: 1. Определение путей совершенствования вторичной аппаратуры для струнных датчиков (ВАСД) на основе результатов изучения функциональных и конструктивных особенностей датчиков, анализа методов измерения частотно-временных параметров сигналов и сопоставления существующих образцов данной аппаратуры.
Анализ и развитие спектрального метода измерения частоты для повышения его точности и помехозащищённости применительно к многообразию реальных сигналов струнных датчиков.
Исследование и оптимизация частотно-временных характеристик импульса возбуждения колебаний струны с целью улучшения распределения энергии гармоник.
Исследование методов и создание алгоритмов для оценки параметров затухания сигнала датчика.
Разработка и совершенствование структурной реализации измерительных систем для струнных датчиков и соответствующего программного обеспечения.
Методы исследований.
В диссертационной работе применялись методы спектрального анализа, z-преобразования и теории фильтрации, а также теории погрешностей и математической статистики. Проводилось математическое моделирование рассматриваемых процессов и методов с использованием программного обеспечения MathCAD. Научнаяновизнаработызаключаетсявсле дующем:
Усовершенствован спектральный метод измерения частоты сигнала с использованием интерполяции дискретного спектра, основанной наоконном взвешивании.
Предложены теоретически обоснованные методы оптимизации возбуждающего воздействия с целью усиления основной и подавления кратных гармоник колебаний струны.
На основании анализа погрешностей даны рекомендации по улучшению помехоустойчивости алгоритмов измерения параметров затухания.
Практическая значимость:
1. Разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение, реализую
щие предложенный вариант спектрального метода измерения частоты и оптими
зированные для встраиваемых микропроцессорных устройств.
Предложены и реализованы на практике алгоритмы и программное обеспечение для измерения коэффициента затухания колебаний струны датчика на основе анализа средневыпрямленного значения сигнала отклика.
Созданы многоканальная автоматизированная система и автономный многофункциональный прибор, использующие предложенные методы вторичного измерительного преобразования параметров струнных датчиков.
Результаты реализации и внедрения:
При непосредственном участии автора созданы современные промышленные
образцы измерительных систем и приборов, использующих струнные датчики, в том
числе:
на Бурейской и ряде других ГЭС внедрены в эксплуатацию в системах контроля состояния плотины восемь автономных приборов и специализированное программное обеспечение, разработанное автором;
в Санкт-Петербургском Метрополитене на участке размыва с июня 2004 г в эксплуатации находится автоматизированная распределённая измерительная система, использующая более ста струнных датчиков для контроля деформации бетонной обделки тоннелей.
Положения, выносимые на защиту:
Метод измерения частоты сигнала на базе спектрального анализа с использованием интерполяции дискретного спектра, основанной на оконном взвешивании.
Алгоритм измерительного преобразования, реализующий разработанный вариант спектрального метода измерения частоты.
Методика оптимизации импульсного возбуждения датчика по критерию сосредоточения максимума энергии колебаний в области основной гармоники.
Алгоритмическое и программное обеспечение для использования в разработанных измерительных системах и приборах, реализующих вторичное преобразование параметров струнных датчиков.
4 Апробация работы. Основные практические и научные результаты диссертационной работы обсуждались на VII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (РФ, Сочи, октябрь 2004г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, из них - одна статья в научно-техническом журнале и две статьи в сборнике материалов международной научно-практической конференции.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 6 приложений. Содержит 150 страниц основного текста, 65 рисунков, 7 таблиц.
Обзор методов измерения параметров струнных датчиков
Процесс опроса датчика связан с двумя операциями: возбуждение и преобразование. При этом разделяют режимы работы по запросу (режим свободных колебаний) и резонансные (режимы вынужденных и автоколебаний).
В первом случае выполняется кратковременное импульсное воздействие на струну, после чего измеряется частота затухающих свободных колебаний. Во втором случае, колебательная система датчика вводится в резонанс, после чего измеряется её резонансная частота. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки.
Импульсный способ возбуждения. Фазы процесса измерения в случае импульсного возбуждения представлены на рис. 1-5. - t I измерения
В первую очередь [7д;Г/] формируется возбуждение струны на всех ожидаемых частотах колебаний, причём импульс силы, воздействующий на струну, может иметь как форму, приближенную к дельта-импульсу, так и форму с более ограниченным частотным спектром. После возбуждения некоторое время [7//7 обычно 10-20 мс, отводится па "установление" сигнала. Затем производится измерение собственной частоты колебаний струны [T Tj]. Из-за затухающего характера сигнала время измерения ограничено и, как правило, не превышает 1 с. Характеристики возбуждающего воздействия в существенной степени определяют гармонический состав вызываемых колебаний, поэтому его анализ важен для оптимизации возбуждения по разным критериям. Само по себе воздействие зависит не только от типа и характеристик преобразователя (см; выше), но и от его частотно-временной структуры, то есть от формы импульса тока или напряжения, подаваемого на возбудитель. Энергия импульса влияет на амплитуду колебаний струны и величину сигнала отклика, но здесь необходимо отметить следующее:
1. Частота колебаний струны возрастает с увеличением амплитуды и их анализ, как правило, производится из предположения, что смещение струны бесконечно мало.
2. Конструктивно преобразователь располагается как можно ближе к струне и, в результате, слишком сильное воздействие на струну может приводить к так называемому "залипанню" (прилипание струны к электромагниту) или к удару струны о преобразователь.
Ъ. Отмечают что, при ударном воздействии деформации отдельных участков струны могут быть слишком велики и вызывать необратимые текучие изменения. Для единичного воздействия такие изменения несущественны, однако с учётом длительного срока эксплуатации - десятки лет, деградация колебательной системы может быть велика.
Таким образом, вопрос об оптимальной энергии воздействия остается открытым, при этом разработчики измерительной аппаратуры, как правило, полагаются на требования, предъявляемые разработчиками самих датчиков.
В связи со всем вышесказанным в главе 113.3 будет проведён анализ колебательной системы датчика с целью оптимизации формы активационного импульса для улучшения распределения энергии колебательных гармоник струны и уменьшения общей энергии воздействия.
Резонансный способ возбуждения. При использовании резонансного способа датчик работает в режиме вынужденных колебаний [25]. При этом на возбуждающую систему датчика подаётся гармонический сигнал. Для определения резонансной частоты используются два подхода: авторезонанс и сканирование частот.
В первом случае датчик включается в положительную обратігую связь усилителя, например, как это изображено на рис. 1-6.
Через некоторое время после включения питания на выходе усилителя устанавливаются колебания на частоте, близкой к/}, измерение которой производится одним из известных методов (п. 1.2Л).
В режиме сканирования частот (рис, 1-7) с помощью управляемого генератора Г формируются периодическое акгивационное воздействие и путём анализа с помощью анализатора А амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебательной системы датчика определяется её резонансная частота. Часто этот метод предпочтительнее, так как легко может быть реализован в цифровых системах.
Основными достоинствами резонансных способов по сравнению с импульсными являются амплитудная стабильность сигнала и минимальная энергия возбуждающего воздействия. К недостаткам этих способов можно отнести влияние на автогенератор фазовых сдвигов в линии связи, неработоспособность автогенератора при малой добротности колебательной системы датчика и сравнительно большое время сканирования АЧХ (до 1 мин) при необходимости достижения высокой разрешающей способности.
Параметрами струнных датчиков, измерение которых обязательно или желательно, являются частота или период собственных колебаний струны, активное сопротивление обмотки катушки возбуждения, параметры затухания колебаний. Методы измерения этих величин в целом известны, но их следует рассмотреть с точки зрения выявления недостатков и путей усовершенствования применительно к сигналам струнных датчиков.
Анализ путей совершенствования методов преобразования параметров струнных датчиков
Нужно отметить, что неравномерность амплитудно-частотной характеристики для всех рассмотренных случаев возбуждающего импульса достаточно большая; что приводит к выводу о необходимости регулирования параметров в озбуждения. В первую очередь это касается параметро в, определяющих энергию возбуждения Е: амплитуды импульса Ас и его длительности Тс Сообщение струне определённой мощности в первую очередь важно с точки зрения необходимого для измерения минимума амплитуды выходного сигнала. Но одновременно эта величина ограничена сверху. Как уже отмечалось в п. 1.1.2 , это обусловлено следующими причинами: при изменении амплитуды колебаний струны изменяется их частота; максимальное смещение струны ограничено физическим размещением устройства возбуждения колебаний.
Если струне сообщается избыточная мощность, смещение Ду может быть столь велико, что она ударяется о катушку возбуждения; В различных: случаях это может привести к возникновению сильных неосновных колебательных гармоник или к прилипанию струны к катушке возбуждения за счёт действия остаточных сил электромагнитного взаимодействия ("залипанню"). В любом случае это приводит к невозможности адекватно измерять основной информативный параметр датчика.
Управление амплитудой смещения струны реализуется сравнительно легко либо путём изменения амплитуды возбуждающего импульса, либо — времени его действия. Значительно большую проблему вызывает определение, в том числе автоматическое, этих величин для конкретного датчика. Здесь следует отметить несколько путей решения этой задачи: подбор величин AG И Та в реальном времени; использование соответствующей базы данных, встроенной непосредственно в измерительное устройство или в некоторое внешнее коммутирующее устройство.
В первом случае требуется оригинальные алгоритмы, использующие информацию, содержащуюся в отклике датчика: амплитуда, гармонический состав, декременты затухания гармоник. Часто при ударе струны о катушку возбуждения возникают сильные побочные гармоники, детектирование которых может сигнализировать о неоптимальности параметров возбуждения.
Очевидно, потребуется несколько тестовых (предварительных) измерений прежде, чем искомые параметры могут быть подобраны достаточно точно. Это существенно скажется на длительности измерения, что в некоторых случаях может быть неудобно.
Второй вариант подразумевает: во-первых, наличие некоторого идентификатора датчика; во-вторых, предварительное тестирование для определения подходящих для того или иного датчика величин Л G и Гс.
Идентификатором датчика в некоторых случаях может служить, например, активное сопротивление или индуктивность обмотки катушки возбуждения. Если датчики объединены в группы с помощью блоков коммутации, эти блоки могут содержать специальные идентификаторы для всех каналов, включающие данные нормировки и возбуждения. Предварительное тестирование выполняется либо экспертом, либо автоматически с помощью алгоритмов, отмеченных ранее.
В последнем случае реализуются преимущества автоматического подбора параметров возбуждения, а для известных датчиков скорость выполнения измерения останется высокой.
Как было показано в п. 1.2.1.2, использование классических методов измерения частоты наталкивается на ряд трудностей, избежание которых нивелирует их преимущества простоты и точности. Применение модельно-зависимых методов также вызывает опасения вероятной неадекватностью моделей, а также сравнительно высокой вычислительной сложностью. В то же время, измерение частоты с помощью преобразования Фурье, позволяющего выполнить помимо всего адаптивную частотную фильтрацию помех, может быть с успехом использовано даже при небольшом резерве вычислительной мощности микропроцессора.
Далее будут рассмотрены пути повышения точности спектрального мето да измерения частоты в условиях затухающего характера сигнала датчика и ог раничения ресурсов памяти и вычислительной мощности центрального процес сорного устройства (ЦПУ). В [23] и п. 1.2.1.3 настоящей диссертации отмечалось, что использование данного метода встречает ряд трудностей, основной из которых является связь разрешающей способности преобразования AF с длительностью анализируемой выборки Т
AF = i. (2-25) Величина Т ограничена как затухающим характером сипіала, так и ресурсами оперативной памяти измерительного устройства, что, естественно, снижает точность измерения.
Анализ погрешности метода измерения коэффициента затухания по среднеквадратическим значениям
Шумовая погрешность возникает из-за наложения шумовой составляющей на основную гармонику. Для оценки этой погрешности необходимо знать коэффициент зашумленности сигнала - обычно это отношение сигнал-шум [30] SNR = %- (2-42) где Ps — спектральная мощность полезного сигнала; Р# — спектральная мощность шума/помех. Тогда погрешность /дал определяется как Г-"Ж (2"43) SNR реального сигнала может составлять от 25 до 1000 (15...30 дБ), а величина шумовой погрешности при этом — ysm « 3...20%.
В дополнение к влиянию ненулевых гармоник, негативный вклад вносит и постоянная составляющая. Для уменьшения этой погрешности следует оперировать не амплитудными значениями, а величиной размаха колебаний: (Л+-Л_).
Это приведёт к увеличению количества измерений в два раза, но одновременно и к снижению случайной погрешности примерно в V2 раз.
Таким образом, относительная погрешность измерения коэффициента затухания будет представлена выражением InilL (2-44) A при условии, что законы распределения величин yADC, У date и YSNR одинаковые. Отсюда видно, что чем больше отношение Al(AQ, тем меньше результирующая относительная погрешность.
При измерении по заданному интервалу [/0; ] погрешность зависит от величины затухания, но, если добротность системы велика, то алгоритм измерения может быть изменён так, чтобы фиксировалось не время, а отношение AijA0.
Тогда для заданного уменьшения сигнала, например, AJAQ O,!, И SNR lOO погрешность измерения у5 « 4,5% и независима от величины д. Если искомой величиной является логарифмический декремент затухания D или добротность Q, то соответствующие дополнительные преобразования выполняются, как это показано нарис. 2-16.
Согласно формуле (1-12) в п. 1.2.3 добротность и, соответственно, остальные величины можно определять посредством измерения изменения энергии сигнала. Поскольку энергия сигнала пропорциональна квадрату среднеквадрати-ческого значения (СКЗ): І і ЩО = A(tf = - JA{tf dr, (2-45) то выражение для коэффициента затухания Сбудет записано как ПпИР)-1пИа д _ — (2-46) i 2 f,-rn Здесь есть два процесса, позволяющих минимизировать влияние шумовых факторов: нелинейная операция возведения в квадрат, то есть смещение спектра в область высоких частот; интегрирование, как процесс фильтрации.
Кроме того, интервал измерения [/0;/,] может быть задан произвольно, что важно для режима измерения с заданным затуханием (п.2.3.1). Погрешность при таких измерениях, аналогично (2-44), зависит от погрешности АЦП yADC, погрешности датирования ydaJe и шумовой погрешности ySNR, однако усреднение позволит их несколько уменьшить. Для величины W(t) и её погрешности AW можно записать выражение 1 1 W(t) ± ДГ = - j(A ± М) 2dv = - \Л2 (1 ± у A)2 dr = і і і (2-47) Ц) =-\A2dTl-\A1yAdT+-\A1yA2dr. о о о I— v " , W[i) &W{l) Ш Исходя из предположения, что сигналы A(t) и AA(t) некоррелированные, абсо лютная погрешность определится выражением IV. ,, .г, AW(t) = ±2-JA2rAdr + -JA2rA2dT = ±2A2(t)-/A(t) + A2(t) /A2(t), (2-48) причём A2(t) = W{t). В таком случае относительная погрешность измерения СКЗ yW{t) примет вид yW(t) = ±2уА (/) + у А2 (/) = ±2(МгА ± Д„ (/)) + (о А ± Л, (/)), (2-49) ст /с СТ ІС где Д (?) - Li—.. ., Д (?) = м 2 , причём AF - рассматриваемый частотный \д Д/7 V/ 2AF диапазон, к кг 1,6 - коэффициенты, связывающие среднеквадратическое отклонение и доверительную оценку погрешности по уровню 0,9. Полагая величину ]луД, равной нулю, а Дд. - величиной второго порядка малости, можно опре V7 делить погрешность yW- (/) согласно выражению yW(t) ±2A„(t)+ =+2 + . (2-50) Оценивать эффективность рассматриваемого процесса нагляднее в терминах спектров сигналов. Исходя из (2-45), можно записать выражение для спектра искомой функции Н/)=і(Л{4/) 4ЛІ (2-51) где А(/ ) - исходный сигнал; !{/) - оператор интегрирования. Если функция Л (/) локализована в окрестности некоторой частоты F и, соответственно, - F (в силу вещественности A {t) ), то свёртка А (/) А (/) будет представлять собой всплески, повторяющиеся в точках ±2F и 0 (рис. 2-18), а операция интегрирования /(/) при ограниченном времени будет описывать ФНЯ с характеристикой вида sine (л- -f), где і - время интегрирования. )9 Погрешность измерения, таким образом, складывается из шумовой со ставляющей, вызванной погрешностями измерения мгновенных значений A{t), а также недостаточным подавлением гармоник на частотах ±2F. Кроме того, существенным будет вклад от постоянной составляющей, которая в результате операции возведения в квадрат приведёт к появлению как аддитивной погрешности, так и шумовой на частотах ±F. Наилучшее подавление этого шума достигается, если время интегрирования кратно Г/2, что при априорно неизвестном периоде сигнала Т труднореализуемо.
Построение структурной схемы измерительного устройства для струнных датчиков
Ключи S2.3 и S2.4 коммутируют цепи основного канала и в целом аналогичны ключам S1.3 и SI.4.
Все ключи должны иметь хорошую изоляцию линий управления и не пробиваться от напряжения разряда.
В большинстве случаев одна из токовых линий может быть объединена с общим нулевым потенциалом и, таким образом, ключи S 1.2 и S2.2 становятся избыточными. Хотя в этом случае следует обращать внимание на взаимные токовые связи источников питания. Аналогично, общей может быть высокопотенциальная линия, что в некоторых случаях позволяет упростить источник питания.
Дальнейшие модификации связаны с исключением из структуры некоторых ключей.. Это возможно, если есть разделение цепей, например, частотное или гальваническое. Кроме того, несмотря на дифференциальную структуру ка- нала, потенциал одной из линий всегда близок І к одному из потенциалов источника питания, поэтому ключи S1.4 и S2.4 в принципе избыточны, если входное сопротивление усилителей велико.
Учитывая, что частотные диапазоны сигналов в рассматриваемых каналах различны, можно объединить ключи: S 1.3 и S2.3. Их можно исключить совсем (рис. 3-3), если принять во внимание импульсный характер возбуждения и малую амплитуду отклика датчика. При этом для защиты каналов от высокого напряжения достаточно использовать в первом канале диодный ограничитель, если амплитуда сигнала менее 300 мВ, и пассивный ФНЧ во втором канале.
Исключение элементов коммутации имеет своей целью упрощение структуры коммутатора, а также снижение влияния их паразитных параметров. Однако при этом могут возникнуть трудности, связанные с взаимным влиянием каналов и снижением их помехозащищенности..
Таким образом, в данном разделе были рассмотрены основные требования к измерительной аппаратуре, предназначенной для преобразоваргия параметров струнных датчиков, и предложена обобщённая структурная схема такого класса устройств, учитывающая все необходимые и большинство "опциональных" функций. Также обозначены критерии выбора элементной базы и указаны наиболее подходящие для решения актуальных измерительных задач семейства микроконтроллеров (с точки зрения автора).
Далее в главе рассматриваются алгоритмы, реализующие методы измерения параметров СД. Кроме того, представлен анализ данных экспериментальных исследований для реализаций алгоритма измерения частоты спектральным методом с оконной интерполяцией дискретного спектра и алгоритма измерения коэффициента затухания на основе обработки средневьшрямленного значения сигнала отклика датчика.
В качестве программных узлов, требующих наиболее тщательного проектирования, отметим модули обработки данных в процессе измерений. Алгоритмы управления устройством и организации ввода/вывода, как правило, не требовательны ко времени исполнения и имеют варианты реализации во многих языках высокого уровня, тогда как ранее указанные модули оригинальны и чувствительны к наличию соответствующих ресурсов микропроцессора.
Предложенные алгоритмы в целом универсальны и могут быть реализованы практически на любом современном микропроцессоре. Однако, приводимые в данном разделе частные алгоритмы, численные данные и результаты экспериментальных исследований разработаны и получены с учётом; характеристик применённого на практике микроконтроллера С805IF005.
Поскольку счётно-импульсные методы разрабатывались с учётом специфики реализации на дискретной цифровой логике, то для этих методов необходимо использовать такие элементы как счётчики, таймеры, регистры. Очевидно, что они все имеют свои программные аналоги, однако такая реализация наталкивается на существенное ограничение в виде затрат времени на исполнение тех или иных команд ЦПУ. Более того, время выполнения различных команд может варьироваться в зависимости от условий и состояния ядра процессора; Поэтому основное направление оптимизации заключается в переносе нагрузки с ядра ЦПУ на его периферийные устройства, такие как таймеры, массивы счётчиков и другие.
