Введение к работе
Актуальность темы. Проблема совершенствования средств формирования и измерения параметров тестовых сигналов, несмотря на сюю многолетнюю историю, остается актуальной и в современных условиях. От точности задания и стабильности параметров тестовых сигналов во многом зависят метрологические характеристики средств измерений и контроля параметров злектрорадиоэлементов, электрических цепей и датчиков, а также средств тестирования узлов радиоэлектронного оборудования. Значительный вклад в разработку методов и средств формирования и измерения параметров электрических сигналов внесли Л. И. Волгин, В. С. Гутников, В. Ю. Кнеллер, К. Л. Куликовский, Е. А. Ломтев, А. И. Мартяшин, П. П. Орнатский, В. М. Сапельников, П. П. Чураков, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин и др.
При построении современных средств измерений, контроля и тестирования на первый план выдвигается задача интегрирования этих средств в автоматизированные информационно-измерительные и управляющие системы путем создания аппаратно-программных комплексов, обеспечивающих:
программно управляемое выполнение серии тестовых испытаний с вариацией формы, амплитуды и частоты следования сигналов;
измерение параметров выходных сигналов, их математическую обработку и представление результатов измерений;
сопровождение процессов формирования и измерения параметров сигналов их математическим или схемотехническим моделированием с учетом реальных параметров элементной базы и внешних влияющих факторов.
Программно управляемое формирование тестовых сигналов позволяет:
предельно упростить аппаратную часть комплекса, избавиться от сложных и громоздких коммутирующих устройств и тем самым существенно уменьшить габариты устройства;
сократить время, необходимое для изменения режима работы;
практически снять или существенно ослабить ограничения, накладываемые на форму тестового сигнала.
Последний фактор особенно важен при построении многофункциональных аппаратно-программных комплексов для измерения параметров многоэлементных электрических цепей различных конфигураций, поскольку подбор формы тестового сигнала позволяет со-
здавать оптимальные условия преобразования сопротивления электрических цепей в напряжение.
При решении ряда измерительных задач целесообразно применение сложных тестовых сигналов, позволяющих избавиться от паразитных выбросов напряжения большой амплитуды при воздействии тестовых импульсов на дифференцирующую измерительную цепь. При этом из схемы измерительного преобразователя исключаются вспомогательные цепи (в частности, ключи), предназначенные для подавления этих выбросов и являющиеся источниками дополнительных погрешностей. Однако возможности использования сложных тестовых сигналов при построении измерительных аппаратно-программных комплексов практически не исследованы, отсутствует методическое обеспечение применения таких сигналов, не разработаны методики их формирования и измерения параметров.
Цель работы - упрощение аппаратной реализации и повышение точности измерительных преобразователей параметров электрических цепей за счет использования сложных тестовых сигналов.
Основные задачи исследования:
1. Разработать методику формирования и расчета параметров
сложных тестовых сигналов.
Синтезировать сложные тестовые сигналы, при воздействии которых на дифференцирующую измерительную цепь не возникает выбросов напряжения большой амплитуды.
С целью развития методического обеспечения исследований измерительных преобразователей параметров электрических цепей разработать методику создания моделей сложных тестовых сигналов.
Исследовать особенности реализации узлов аппаратной части комплекса для формирования и измерения параметров сложных тестовых сигналов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы математического анализа, теории электрических цепей, методы схемотехнического моделирования электронных схем. Основные теоретические результаты проверены и подтверждены экспериментальными исследованиями, а также путем математического и схемотехнического моделирования.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Предложена методика формирования и расчета параметров сложных тестовых сигналов, отличающаяся требованием непрерывной диф-
ференцируемости сигнала на общих границах измерительного и предшествующего ему, а также следующего за ним дополнительных интервалов.
Разработана методика создания Spice-модели сигнала путем сложения результатов стробирования функций, моделирующих сигнал на заданных временных интервалах. Получены Spice-модели ряда сложных тестовых сигналов, предназначенных для работы с дифференцирующими измерительными цепями.
Предложена методика оценки времени установления выходного напряжения ЦАП с погрешностью, не превышающей заданного значения.
Практическая значимость.
Полученные в работе результаты составляют методическую основу использования сложных тестовых сигналов при построении аппаратно-программных комплексов для измерения параметров электрических цепей. Разработанные модели и методики моделирования сигналов и аппаратных средств их формирования расширяют возможности исследования средств измерений и контроля параметров электрических цепей и датчиков, а также средств тестирования электронных схем.
На защиту выносятся:
Методика формирования сложных тестовых сигналов и расчета их параметров, особенностью которой является требование непрерывной дифференцируемости сигнала на общих границах измерительного и предшествующего ему, а также следующего за ним дополнительных интервалов.
Результаты синтеза сложных тестовых сигналов с линейными измерительными интервалами и экспоненциальными или косинусои-дальными дополнительными интервалами, а также результаты исследования воздействия таких сигналов на дифференцирующую измерительную цепь.
Spice-модели ряда сложных тестовых сигналов, при воздействии которых на дифференцирующую измерительную цепь не возникает выбросов напряжения большой амплитуды.
Виртуальные приборы для формирования и измерения параметров тестовых сигналов.
Реализация результатов работы.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Радиотехника и радиоэлектронные системы» Пензенского государственного университета при проведении лекционных, прак-
тических и лабораторных занятий по курсам «Техническая диагностика РЭС», «САПР в схемотехнике», «Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС» в виде разделов лекционных курсов, методик проектирования и моделирования электронных схем, а также при курсовом и дипломном проектировании по специальности 210302.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены для обсуждения на международных научно-технических конференциях: «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации (Измерения-2008)» (Пенза, 2008 г.); «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments» (Москва, 2007, 2008, 2009 гг.); «Надежность и качество» (Пенза, 2008,2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ, из них одна - в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 85 наименований и четырех приложений. Объем работы: 120 страниц основного машинописного текста, включающего две таблицы и 62 рисунка.
