Реализация спектрального метода определения динамических характеристик средств измерений

Основным требованием спектрального метода определения динамических характеристик средств измерений (СИ) является установление амплитудного спектра сигнала в его информативной части, включающей значение амплитудного спектра на нулевой частоте. Существующие низкочастотные анализаторы спектра имеют рабочий диапазон частот, лежащий выше нулевой частоты, что приводит к погрешности определения динамических характеристик СИ спектральным методом. Целью данной работы являлась разработка программы вычисления амплитудного спектра сигналов, начиная от нулевой частоты, для реализации спектрального метода определения динамических характеристик СИ на компьютерах, оснащённых математическим пакетом MatLab.

Для реализации спектрального метода определения динамических характеристик средств измерений разработана программа в среде MatLab 2013b, позволяющая определять амплитудный спектр сигнала от нуля герц. В программе заложено считывание исходных данных из таблиц в формате Excel и представление вычисленного амплитудного спектра в виде диаграммы и таблицы отчётов.

Показано, что разработанная программа вычисляет амплитудный спектр сигналов со средним квадратическим отклонением не более 3,4 % на интервале частот от 0 до 10 рад/с. Вычисленный амплитудный спектр позволяет определять постоянную времени апериодических средств измерений первого порядка с погрешностью не более 0,166 % при любом уровне помех, если их частоты находятся за пределами информационной части спектра.

На примере высокочастотной помехи в переходной характеристике некоторых средств измерений продемонстрировано заявляемое преимущество спектрального метода определения динамических характеристик с использованием разработанной программы.

1. Бекенева, Я.А. Динамические характеристики средств измерений промышленной автоматики / Я.А. Бекенеева, В.А. Комшилова, К.О. Комшилова // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2013. – № 1. – С. 81–86.

2. Dubovitskii, V.F. Use of a data measurement system for studying the characteristics of temperature sensors / V.A. Dubovitskii, L.P. Sebina, M.V. Godunov, E.M. Maksimova // Fibre Chemistry. – 2011. – Vol. 42, no. 6. – P. 399–403. DOI: 10.1007/s10692-011-9297-0

3. Иосифов, В.П. Определение полных динамических характеристик средств измерений с применением рекуррентных процедур / В.П. Иосифов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 1 (17). – С. 126–131.

4. Маршалов, Е.Д. Определение времени термической реакции термопреобразователей сопротивления / Е.Д. Маршалов, А.Н. Никоноров, И.К. Муравьев // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2017. – № 3. – С. 54–59.

5. Вавировская, С.Л. Автоматизация определения динамических и скоростных характеристик датчиков температуры на установке воздушной УВ-010 ЦИАМ / С.Л. Вавировская, Д.Л. Захаров, М.В. Корнеев // Автоматизация в промышленности. – 2016. – Т. 4. – С. 28– 29.

6. Froehlich, T. Temperature-Dependent Dynamic Behavior of Process Temperature Sensors / T. Froehlich, S. Augustin, C. Ament // International Journal of Thermophysics. – 2015. – Vol. 36, no. 8. – P. 2115–2123. DOI: 10.1007/s10765-015-1869-4

7. Jamroz, P. Relationship between dynamic coefficients of two temperature sensors under non stationary flow conditions / P. Jamroz // IEEE Sens. J. 2011. – Vol. 11, no. 1–2. – P. 335–340. DOI: 10.1109/JSEN.2010.2073463

8. Zimmerschied, R. Nonlinear time constant estimation and dynamic compensation of temperature sensors / R. Zimmerschied, R. Isermann // Contr. Eng. Pract. – 2010. – Vol. 18, no. 3. – P. 300–310. DOI: 10.1016/j.conengrac.2009.11.008

9. Сафина, И.А. Идентификация номинальных динамических характеристик авиационных датчиков температуры газовых потоков / И.А. Сафина, А.Ф. Сабитов, В.И. Гаркушенко // Авиакосмическое приборостроение. – 2017. – № 3. – С. 3–11.

10. Сабитов, А.Ф. Идентификация динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов / А.Ф. Сабитов, И.А. Сафина // Приборы и методы измерений. – 2017. – Т. 8, № 1. – С. 7–14. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-1-7-14