МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ

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.
1
n
1
n
1
n
На фиг.1. изображена схема многоканального устройства для измерения параметров сигнала. Устройство содержит измерительные преобразователи 1, ..., 1, коммутаторы 2, ..., 2, линии для передачи сигнала 3, ..., 3, блок управления 4, измерительный прибор 5.
i
i
i
1
n
П
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 3 осуществляется подсоединение к измерительного преобразователя 1 к измерительному устройству через сопротивление R согласно управляющему воздействию с блока управления 4. Оставшиеся линии передач при этом замкнуты на землю с помощью коммутаторов 2, ..., 2, и сопротивления этих линий соединяются параллельно и образуют сопротивление R. Как показано на фиг.2 получаем делитель напряжения образованный сопротивлениями линий.
Влияние температуры на сопротивление линий может быть записано в следующем виде [3]:
i
0i
n
0n
R=R(1+kΔT), R=R(1+kΔT)
0i
0n
где R, R - сопротивление линий при средней температуре; ΔT - 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.