дах составил не более 1 мкВ. Однако в реальных условиях источник сигнала имеет значительное сопротивление, что повышает уровень шумов за счет собственных шумов сопротивления, шумовой составляющей входного тока усилителя и наводок. При значении сопротивления источника 50 кОм уровень шума в рабочей полосе составляет 2-3 мкВ. Подавление синфазной помехи 50 Гц более 100 дБ, полоса пропускания установлена в диапазоне 0,5...250 Гц с провалом на 50 Гц, ширина провала 8 Гц. По результатам экспериментальной работы установлены диапазоны входных сигналов: ±1,5 мВ для канала ЭКГ; ±0,35 мВ для канала ЭЭФГ; ±100 мкВ для канала ЭМГ.
На рис. 3 приведен образец записи физиологических сигналов, полученный с помощью разработанного устройства.
Таким образом, показана возможность создания аппаратуры регистрации физиологических параметров в виде платы расширения компьютера. В этом варианте нет
ограничений на скорость ввода, что характерно для автономных устройств, подключаемых через порт Я8-232 [1]. Достигнутая скорость ввода 50 000 выборок/с позволяет значительно увеличивать полосу сигнала и число каналов.
Опыт разработки показал перспективность совершенствования аппаратуры путем увеличение динамического диапазона (ДД) измерительного тракта из-за применения шестнадцати 24-разрядных АЦП. Это связано с тем, что исходный ДД физиологических сигналов, как правило, превышает 12 разрядов и для того чтобы измерять сигналы двенадцатиразрядным трактом, необходимо осуществлять предобработку сигналов аналоговыми фильтрами, отсекающими низкочастотные компоненты сигнала. Расширение ДД позволит вводить в компьютер исходный сигнал полностью, исключить аналоговые фильтры и усилители и более широко использовать методы цифровой обработки сигналов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Соколов A.B. Аппаратные средства физиологического мониторинга и биоуправления // Автометрия. 1996. № 6.
2. Проектирование и применение операционных усилителей / По д ред. Дж. Г р э м а. Мир, М. 1974.
3. PCI Products Data Book S5920/S5933. Applied Micro Circuits Corporation, 1998.
Институт автоматики и электрометрии СО PAH.
Вячеслав Николаевич Вьюхин — канд. техн. наук; ст. научн. сотрудник;
в (3832) 33-28-72
E-mail: vyukhin@iae.nsk.su
Юрий Александрович Попов — канд. техн. наук; ст. научн. сотрудник; в (3832) 33-28-72 E-mail: popov@ iae.nsk.su
Александр Юрьевич Булгаков — научн. сотрудник.
в (3832) 33-28-72
E-mail: bulgakov@iae.nsk.su □
УДК 621.317.791
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО ПРИБОРА
С.Ю. Петров
Рассматривается измерительный преобразователь, позволяющий подключать любые датчики к любому из каналов прибора без дополнительных перестыковок, что обеспечивает высокие метрологические характеристики приборов, а также их универсал ьность.
Предъявляемые рынком жесткие требования к универсальности [1] измерительных приборов и контроллеров приводит к тому, что практически не находят спроса приборы, предназначенные для работы либо с одним типом, либо с узкой группой датчиков. Невозможность одним прибором охватить всю номенклатуру датчиков, вызывает необходимость множить число модификаций приборов, что усложняет их серийное производство.
Для уменьшения большого числа модификаций [2] перед разработчиком ставится задача создания измерительного преобразователя [3—7], который должен обеспечивать универсальность прибора, т. е. возможность подключения к нему всего спектра имеющихся в промышленности типов датчиков, причем подключения без дополнительных преобразователей и нормализаторов.
В практическом плане стоит задача создания такого измерительного преобразователя (ИП), который бы обеспечивал подключение к прибору термопар различных градуировок; термометров сопротивления различных типов; датчиков давления, влажности, тока, напряжения и т. д. Очевидно, что совмещение в одном устройстве измерительных функций от столь различных датчиков требует применения в ИП самых современных технологий.
При этом схема ИП должна иметь минимальное число регулировочных элементов, так как они резко усложняют наладку приборов в серийном производстве.
Предлагаемый ИП [6], удовлетворяющий названным требованиям, состоит из устройства подключения датчиков (рис. 1—3), позволяющего без дополнительных перестыковок подсоединять к прибору датчики
Рис. 1. Схема подключения датчика с выходным сигналом напряжения (57 разомкнут)
Рис. 2. Схема подключения датчика с выходным сигналом по току (57 замкнут)
Рис. 3. Схема подключения датчика с выходным сигналом в виде электрического сопротивления (57 разомкнут)
Рис. 4. Структурная схема многоканального измерительного преобразователя:
1 — устройство подключения датчиков; 2 — коммутатор; 3 — АЦП; 4 — микропро цессор; 5 — эталонное сопротивление; 6, 8 — электронные ключи; 7 — источник опорного напряжения; 9 — источник тока
различных типов, и многоканального измерительного преобразователя (рис. 4).
Устройство подключения датчиков обеспечивает подключение любого типа датчика (ток, напряжение, сопротивление) к любому измерительному каналу. Из схем, приведенных на рис. 1—3, видно, что пять контактов и переключатель Б1 позволяют подключать к прибору любой тип датчика. Переключение осуществляется с помощью коммутатора каналов 2 (см. рис. 4), который с помощью реле обеспечивает гальваническое разделение каналов. К реле предьявляются следующие требования:
малое значение термо-ЭДС контактов и соединений выводов контактов с проводниками;
большое число гарантированных срабатываний контактов.
Наиболее подходящим для этих целей является гер-коновое реле РГК-35 с двумя нормально открытыми контактами и гарантированным числом коммутационных циклов, равных 108.
Структурная схема многоканального измерительного преобразователя [6] изображена на рис. 4. Путем подключения источника опорного напряжения 7 и источника тока 9 к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 3, а также благодаря эталонному нагрузочному сопротивлению 5 на входе АЦП 3 формируется постоянное значение сопротивления (напряжения), зависящее только от параметров источника опорного напряжения 7 и источника тока 9, а также величины эталонного нагрузочного сопротивления 5. В результате, любое поступившее на первый вход АЦП 3 значение измеряемого параметра (сопротивление), сравнивается с постоянным значением на втором входе АЦП 3, что позволяет измерять параметр значительно точнее по сравнению с известными измерительными системами, так как любые текущие изменения параметров источников 7 и 9 не сказываются на точности измерений.
Измерение тока и напряжения с помощью описанного устройства не представляет трудности, измерение же сопротивления и температуры с помощью термоэлектрического преобразователя осуществляются в несколько этапов.
Измерение сопротивления проводится в три этапа.
• Измеряется напряжение на эталонном сопротивлении 8эт при протекании по нему тока от источника тока
8эт ^ит 5 эт Ку,
где 8ит — ток источника тока, А; 5эт — эталонное сопротивление, Ом; Ку — коэффициент усиления усилителя.
• На термопреобразователе сопротивления измеряется напряжение их при протекании по нему тока от источника тока
8х ~ ^ит 5хКу,
где 5х — сопротивление термопреобразователя сопротивления, Ом.
• Вычисляется сопротивление
5х = (8х /8эт) 5 эт.
Измерение с использованием в качестве первичного преобразователя термоэлектрического преобразователя проводится в четыре этапа.
40
ЗепБОГБ & Systems • № 4.2003
• Измеряется входное напряжение
^вых. X ~ 8вХ. Х-Ку.
• Производится измерение эталонного напряжения
8вых. эт _ 8эт
• Вычисляется входное напряжение
8вх.х _ (8вых.X/8вых.эт) 8эт.
• Определяется температура холодных спаев термопары.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Описанный измерительный преобразователь применен в серийно выпускаемых регистрирующих приборах "Технограф-160" [8] и контроллерах. Его использование позволило достичь следующих результатов.
• Получены высокие метрологические характеристики приборов, а также, что очень важно, высокая повторяемость этих характеристик в условиях серийного производства.
• Число модификаций приборов уменьшилась в несколько раз, что связано с универсальностью приборов, т. е. с возможностью работы с большим числом датчиков.
• Достигнута возможность подключать любые датчики к любому из каналов без дополнительных приспособлений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров С.Ю., Квасников В.Я., Шалобаев Е.В., Ментюков А.М. Современные регистрирующие приборы (принципы построения) // Датчики и системы. 2000. № 4.
2. Петров С.Ю., Шалобаев Е.В. Универсальные регистрирующие и показывающие приборы как элемент иерархии мехатронных объектов // Мехатроника. 2001. № 5.
3. Петров С.Ю, Власов И. О., Ментюков А.М., Шалобаев Е.В. Регистрирующие приборы, программируемые контроллеры, датчики. Спр. пос. / Под ред. С.Ю. Петрова. СПб.: ОАЗИС. 2000. С. 85.
4. Петров С.Ю. Многоканальные электронные регистрирующие приборы нового поколения // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. № 9.
5. Пат. № 2155937. Многоканальный регистрирующий и показывающий прибор // Изобретения. 2000. № 25.
6. Пат. № 2178890. Многоканальный измерительный преобразователь // Изобретения. 2002. № 3.
7. Петров С.Ю. Система автоматического контроля климатических параметров // Эколо гические системы и приборы. 2000. № 11.
8. Петров С.Ю. Электронные регистрирующие приборы нового поколения семейства "Техно граф" // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2000. № 12.
Сергей Юрьевич Петров — канд. техн. наук, зам. директора НПФ
"Спецтехника" (Санкт-Петербург).
в (812) 931-00-48 □
УДК 543.61+543.27.08.068.2
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Л.А. Кузнецов, В.В. Комаров
Рассматривается современная технология создания мультисенсорных систем для определения химического состава газовых и других сред. Приводится пример практической разработки автомати ческой системы определения загрязнителей в воздушной среде. Описан общий подход к проблеме, методика и основные принципы построения. Рассмотрен пример практического применения математического аппарата искусственных ней
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.