Информационно-измерительная система для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Ляшенко, Антон Валерьевич

  • Ляшенко, Антон Валерьевич
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2017, ПензаПенза
  • Специальность ВАК РФ05.11.16
  • Количество страниц 145
Ляшенко, Антон Валерьевич. Информационно-измерительная система для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя: дис. кандидат технических наук: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям). Пенза. 2017. 145 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ляшенко, Антон Валерьевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1 - Анализ существующих методов и средств измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя

1.1 Анализ эксплуатируемой в настоящее время информационно-измерительной системы для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя

1.2 Исследование датчиков частоты вращения

1.3 Результаты экспериментального исследования индукционных датчиков для измерения частоты вращения

1.4 Основные результаты и выводы

Глава 2 - Разработка информационно-измерительной системы для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя

2.1 Разработка структурной схемы информационно-измерительной системы

2.2 Разработка алгоритма обработки результатов измерений

2.3 Расчет надежности системы

2.4 Основные результаты и выводы

Глава 3 - Разработка средств измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения с повышенной помехоустойчивостью

3.1 Систематизация помех, сопровождающих сигнал датчика

3.2 Разработка структуры помехоустойчивых средств измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения и методов обработки сигналов индукционных датчиков частоты вращения

3.3 Перспективы дальнейшего повышения помехоустойчивости информационно-измерительной системы

3.4 Основные результаты и выводы

Глава 4 - Результаты разработки и испытаний средства измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя

4.1 Реализация средства измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения на импортной элементной базе

4.2 Реализация средства измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения на отечественной элементной базе

4.3 Испытания средства измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения «Магнит 7JI»

4.4 Основные результаты и выводы

Основные результаты и выводы

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение А Текст рабочей программы микроконтроллера

Приложение Б Спецификация к рисунку 4.2

Приложение В Спецификация к рисунку 4.6

Приложение Г Копия совместного решения

Приложение Д Копия Акта о внедрении результатов диссертационной работы

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», 05.11.16 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя»

Введение

Освоение космоса в настоящее время является высокоприоритетным направлением развития во многих странах. Уникальные решения в ракетостроительной области, применение сложнейших методов проектирования космических аппаратов, а также разработка алгоритмов обработки информации позволяют получать информацию, необходимую для картографии, метеорологии, изучения Земли и околоземного пространства. Важную роль при этом играет развитие наземной инфраструктуры - технических и стартовых комплексов, предназначенных для проведения предпусковых работ, подготовки ракетоносителей к пуску, обеспечение пусковых работ.

Одной из важнейших задач, решаемых информационно-измерительными и управляющими системами (ИИиУС) ракет-носителей, является измерение частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя. Задача измерения усложнена тем, что вблизи двигателя находятся электрические кабели систем управления двигателем по которым осуществляется подача мощных сигналов, управляющих исполнительными элементами двигателя (пироклапанами, электропневмоклапанами и др.), являющихся наряду с цепями питания бортовой электроники источниками мощных электромагнитных помех [6], [14]. Информационно-измерительная система (ИИС) для измерения частоты вращения должна обладать высокой надежностью при соблюдении необходимой точности результатов измерений. Для обеспечения этих требований ИИС выполняют с дублированием измерительных каналов (используются два дублирующих друг друга датчиков, установленных с противоположных сторон ротора). В качестве первичных преобразователей частоты вращения обычно используют индукционные датчики, обладающие малыми габаритами и наименее подверженные влиянию наводок благодаря малому внутреннему сопротивлению [14]. Эксплуатируемые в настоящее время ИИС не удовлетворяют требованиям надежности современной ракетно-космической техники (РКТ). Реализация современной высокоточной ИИС возможна при соблюдении преемственности конструктивных решений (с применением отечественной

элементной базы) и используя помехозащищенные алгоритмы обработки информации.

Объектом исследования являются ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя и средства измерения параметров выходного сигнала датчиков частоты вращения (СИ ПВС).

Предметом исследования являются алгоритмы обработки результатов измерений и схемно-технические решения СИ ПВС.

Целью диссертационного исследования является повышение надежности ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя, повышение быстродействия, помехоустойчивости и снижение динамической погрешности СИ ПВС.

Основные задачи исследования:

1. Анализ существующих ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя и СИ ПВС, выбор и обоснование путей их совершенствования.

2. Разработка алгоритмов обработки выходных сигналов датчиков частоты вращения для улучшения технических и метрологических характеристик ИИС.

3. Разработка структуры ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя с улучшенными характеристиками.

4. Разработка СИ ПВС выходного сигнала датчиков частоты вращения с повышенной помехоустойчивостью и быстродействием.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись математическое и схемно-техническое моделирование, методы математического анализа, теории измерений и обработки сигналов, теории электрических цепей.

Научная новизна работы

По специальности 05.11.16:

1. Разработан алгоритм функционирования ИИС, обеспечивающий повышение помехоустойчивости ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя за счет усреднения результатов измерения при исключении промахов и снижении составляющей динамической погрешности, обусловленной задержкой выдачи результатов измерения на время подсчета числа импульсов датчика, за счет экстраполяции результатов на момент получения результата измерения.

2. Разработана структура ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя, отличающаяся введением самодиагностики и цифровой обработкой измерительной информации при сохранении конструктивной преемственности.

По специальности 05.11.01:

1. Исследованы и разработаны структуры помехоустойчивых СИ ПВС, основанные на анализе двух полуволн противоположной полярности выходного сигнала датчика частоты вращения с использованием амплитудной и временной селекции, позволяющие исключить влияние помех на результат измерения при отношениях амплитуд сигнала и помехи более двух.

2. Использовано применение скользящего окна для подсчета числа импульсов выходного сигнала датчика, что позволило повысить быстродействие СИ ПВС.

3. Предложено совместное применение методов авторегрессионного и модального анализов выходного сигнала датчиков частоты вращения в СИ ПВС, позволяющее обеспечить помехоустойчивость при значениях амплитуд сигнала, превышающих амплитуду помехи на единицы процентов.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработаны и реализованы алгоритмы функционирования и структура ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя.

2. Разработана методика испытаний ИИС для индукционных датчиков частоты вращения на помехоустойчивость.

3. Разработаны, изготовлены и прошли приемо-сдаточные, доводочные, предварительные и межведомственные испытания опытные образцы системы «Магнит 7Л» для измерения частоты вращения с помощью индукционных датчиков, изготовленные на отечественной элементной базе.

4. По результатам межведомственных испытаний присвоена литера «01» конструкторской документации «Магнит 7Л».

На защиту выносятся

По специальности 05.11.16:

1. Алгоритм обработки выходных сигналов датчиков частоты вращения, обеспечивающий улучшение технических характеристик и снижение динамической погрешности ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя.

2. Структурная схема ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя, обеспечивающая повышение технических характеристик, надежности, уменьшения динамической погрешности и преемственность конструктивных решений.

По специальности 05.11.01:

1. Варианты структуры СИ ПВС и способы формирования счетных импульсов из выходного сигнала индукционного датчика частоты вращения с использованием сочетания методов амплитудной и временной селекции. Применение скользящего окна для подсчета числа импульсов датчика.

2. Реализация совместного применения методов авторегрессионного и модального анализов сигналов для повышения помехоустойчивости при измерении частоты вращения.

3. Результаты испытаний и внедрения СИ ПВС и ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя в ракетной технике.

Соответствие паспорту научной специальности

Область исследования соответствует:

1. Паспорту специальности 05.11.16 по пунктам 1, 6 «Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение)»: с использованием созданных при проведении работы новых алгоритмов обработки и научно-технических решений повышена вероятность безотказной работы до 0,99, уменьшена составляющая динамической погрешности измерения, обусловленная временем задержки выдачи результата измерения на 5 мс для времени накопления импульсов 10 мс и на 20 мс для времени накопления 40 мс.

2. Паспорту специальности 05.11.01 по пунктам 1, 3 «Приборы и методы измерения (электрические и магнитные величины)»: с использованием созданных при проведении работы новых научно-технических решений исключено влияние помех на результат измерений при отношениях амплитуд сигнала и помехи более двух, снижена погрешность измерения частоты в два раза, повышено быстродействие до 100 измерений в секунду при времени накопления 40 мс и до 250 измерений в секунду при времени накопления 10 мс (или в 4 раза).

Реализация работы и внедрение результатов.

Основные результаты работы внедрены в Акционерном обществе «Научно-исследовательский институт физических измерений» (г. Пенза) при изготовлении и настройке опытных образцов ИИС для измерения частоты вращения вала турбоагрегата ракетных двигателей «Магнит 7JI», разработанного в рамках Федеральной целевой космической программы России на 2006-2015 гг. по опытно-конструкторской работе (ОКР) «Возрождение». Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» для подготовки бакалавров и магистров по направлению «Приборостроение»: профиль подготовки «Информационно-измерительная техника и технологии» и межфакультетской кафедры «Ракетно-космическое и авиационное приборостроение» на базе АО «НИИФИ» для целевой подготовки бакалавров, магистров и аспирантов по направлению 12.03.01 «Приборостроение».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Шляндинские чтения - 2010», г. Пенза; Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах», г. Пенза; Ежегодных межрегиональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ОАО «НИИФИ» «Датчики и системы»; на Международном симпозиуме «Надежность и качество - 2011»; V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (5-7 июня 2012 года), г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня ВАК.

Личный вклад автора. Основные научные результаты, приведенные в диссертации и сформулированные в положениях, выносимых на защиту, получены автором лично. Лично автором разработаны алгоритмы обработки информации в ИИС, схемно-конструктивные решения СИ ПВС для датчиков частоты вращения с повышенной помехоустойчивостью, проведены испытания и внедрение СИ ПВС и ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя в ракетную технику. Постановка задач и целей исследования принадлежат научному руководителю и научному консультанту в работах, опубликованных совместно с автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложений. Объем работы с приложениями 145 страницы машинописного текста, 49 рисунков и 16 таблиц. В приложении приведены текст рабочей программы микроконтроллера, спецификации к электрическим принципиальным схемам СИ ПВС на отечественной и импортной элементных базах, копия совместного решения от 02.11.2015г. № МХ-502-р о присвоении документации «Магнит 7Л» литеры «01», а также копия Акта о внедрении результатов диссертационной работы. Список литературы содержит 56 наименований.

Глава 1 - Анализ существующих методов и средств измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя

1.1 Анализ эксплуатируемой в настоящее время информационно-измерительной системы для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя.

1.2 Исследование датчиков частоты вращения.

1.3 Результаты экспериментального исследования индукционных датчиков для измерения частоты вращения.

1.4 Основные результаты и выводы.

Проведен анализ структуры, эксплуатируемой в настоящее время ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя (в дальнейшем «частоты вращения»). Рассмотрены принцип работы и недостатки ИИС, сформулированы задачи ее совершенствования. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований работы ИИС, включающей в себя датчики для измерения частоты вращения и СИ ПВС. Результаты полученные при огневых испытаниях двигателя РЖД 14Д23 в ОАО «Конструкторское бюро химавтоматика», г. Воронеж. Сформулированы основные задачи и принципы совершенствования СИ ПВС.

1.1 Анализ эксплуатируемой в настоящее время информационно-

измерительной системы для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя

Среди ИИС, создание которых является актуальной задачей развития РФ, особое место занимают системы мониторинга и контроля технически сложных объектов наземной космической инфраструктуры, в частности системы для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя [15].

В настоящее время для измерения частоты вращения используется ИИС, спроектированная в конце 80-х годов прошлого века. ИИС построена на интегральных схемах малой и средней степени интеграции и использует аналоговый выходной сигнал. В качестве первичных преобразователей в ИИС

применены индукционные датчики частоты вращения. К настоящему времени эта ИИС устарела морально и не удовлетворяет современным требованиям по надежности, помехоустойчивости и динамической погрешности.

Индукционные датчики вырабатывают двухполярные импульсы, частота следования которых пропорциональна частоте вращения [13]. Из этого сигнала формируются счетные импульсы, количество которых подсчитывается за время усреднения 40мс или Юме [15], задаваемое кроссировкой внешнего разъема. Количество импульсов, накопленное в счетчиках, преобразуется в уровень напряжения постоянного тока 17вых, которое поступает в систему управления и аварийной защиты верхнего уровня. При достижении значения частоты вращения 400 Гц порог срабатывания формирователей увеличивается с 60 мВ до 110 мВ.

Формирователи, счетчики импульсов и схемы обработки и выдачи результатов реализованы в «Магнит 2Л» разработки АО «НИИФИ». «Магнит 2Л» служит для преобразования сигналов датчиков оборотов, имеющих внутреннее сопротивление от 70 Ом до 10 кОм и амплитуду выходных импульсов от 0,08 В до 15 В. Особенностью «Магнит 2Л» является стойкость к воздействию вибраций, ударов, линейных ускорений и акустических шумов. Технические характеристики «Магнит 2Л» приведены в таблице 1.1 [52].

Таблица 1.1 - Технические характеристики ВП «Магнит 2Л».

Параметр Ед. Изм. Значение

Диапазон измерений Гц от 12,5 до 12800

Параметры выходных сигналов:

начальный уровень аналогового В 0+о,2 —0,05

выходного сигнала

номинальный уровень аналогового В Г 4+0,05 ' —0,05

выходного сигнала

цифровой сигнал — 12 разрядов параллельного двухпозиционного кода

Приведенная погрешность по % ±0,8

аналоговому выходу, не более

Приведенная погрешность по цифровому выходу, не более % ±0,25

Ток потребления, не более А 0,2

Температура окружающей среды °С от минус 50 до 60

Количество измерительных каналов — 2

Напряжение питания В 28^

Разъем «Вход» — Вилка СНЦ 42-10/10В-1-В ГЕ0.364.245ТУ

Разъем «Цифровой выход» — Вилка СНЦ 42-19/12В-1-В ГЕ0.364.245ТУ

Разъем «Аналоговый выход» — Вилка СНЦ 42-10/10В-1-В ГЕ0.364.245ТУ

Структурная схема канала одного датчика ИИС, используемого в настоящее время для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя, приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Структурная схема канала одного датчика ИИС для измерения частоты вращения Структурная схема ИИС, используемая в настоящее время для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя, приведена на рисунке 1.2.

ИИС включает в себя датчики частоты вращения (Датчик 1-1 - Датчик 1-4), каждый из которых имеет по две выходные обмотки соответственно, дифференциальные усилители (ДУ) 1-4, источники опорного напряжения 1-2, компараторы 1-5, счетчики импульсов 1-4, схему усреднения (СУ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), аналоговую индикацию (АИ) и ключ. Сигналы с индукционных датчиков частоты вращения поступают на дифференциальные усилители. После усиления импульсы передаются на компараторы с двумя уровнями срабатывания, задаваемые источниками опорного напряжения 1 и 2 и переключаемыми ключом. Два опорных уровня компараторов служат для повышения помехоустойчивости при больших частотах, когда уровень полезного сигнала возрастает. Компараторы 1-5 формируют счетные импульсы, подсчет которых осуществляется счетчиками, особенностью которых является возможность задавать интервал подсчета импульсов с помощью перемычки на внешнем разъеме ИИС. При этом соответственно изменяется коэффициент преобразования количества импульсов в напряжение ЦАП. Далее сигналы

поступают на схему усреднения и через ЦАП выводятся на аналоговую индикацию. Компаратор 5, имеющий только 1 уровень срабатывания, необходим для переключения порога срабатывания компараторов 1-4: порог срабатывания в диапазоне частот от 20 Гц до 400 Гц - 60 мВ, а в диапазоне частот от 400 Гц до 10000 Гц - 110 мВ. В ЦАП должна быть предусмотрена возможность кроссировки периода передачи времени усреднения Тпер1=(40±0,1) мс и Т„ер2=(10±0,1) мс.

Рисунок 1.2 - Структурная схема ИИС, используемая в настоящее время для

измерения частоты вращения В целом, надежность эксплуатируемой ИИС не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к ИСС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя. К примеру, вероятность безотказной работы в нормальных условиях эксплуатации ИИС составляет 0,95.

При проектировании ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя ракеты-носителя необходимо соблюдать преемственность конструктивных решений - в частности требуется исключить необходимость внесения изменений в конструкцию двигателей. Поэтому в первую очередь стоит необходимость сохранения используемых в настоящее время индукционных датчиков. Четырехканальная структура также хорошо зарекомендовали себя.

Измерение частоты вращения с помощью рассмотренной ИИС сопровождается существенной динамической погрешностью, связанной с

усреднением результатов измерения. Результат измерения, получаемый в конце интервала подсчета импульсов (10 мс или 40 мс), относится к середине этого интервала, то есть динамическая погрешность составляет 5 мс и 20 мс соответственно. Снижения динамической погрешности нельзя добиться путем уменьшения времени усреднения результатов, т.к. возрастает погрешность, связанная с пропуском или ложным обнаружением импульса датчика. Поэтому важной задачей при модернизации ИИС является разработка метода обработки результатов измерений, позволяющего минимизировать данную погрешность.

1.2 Исследование датчиков частоты вращения

Индукционные датчики частоты вращения, используемые в ИИС, представляют собой магнитную систему с постоянным магнитом, в поле которого располагается катушка. При изменении величины поля магнита в катушке наводится ЭДС, пропорциональная частоте изменения поля или скорости движения [42]. В ИИС для измерения частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя применяется индукционный датчик ОГ 25 (рисунок 1.3), работа которого основана на законе Фарадея [11, 21]. Датчики этого типа имеют ряд достоинств: увеличение срока службы, отсутствие флуктуаций выходного напряжения, малый момент инерции. [53]

Датчик ОГ 25 предназначен для измерения частоты вращения подвижных объектов ракетных двигателей при их стендовой отработке. Технические характеристики датчика приведены в таблице 1.2. [53]

Рисунок 1.3 - Индукционный датчик частоты вращения ОГ 25

Таблица 1.2 - Технические характеристики датчика ОГ 25

Параметр Ед. Изм. Значение

Диапазон измерений об/мин 500- 130000

Рабочий зазор мм 0-1,2

Амплитуда импульса выходного сигнала В 0,11, не менее

Температура окружающей среды °С минус 123 - 127

Температура окружающей среды рабочей части °С минус 253 - 127

Вибрационные ускорения/частотный диапазон м/с2/Гц 10-3000/5-2000

Линейные ускорения м/с2 147

Срок службы лет 14,5

Масса кг од

Назначенный ресурс ч 50

В датчике изменение магнитного поля вызывается пересечением силовых линий поля магнита датчика выступами вращающегося возбудителя [7], который крепится на роторе турбоагрегата или при испытаниях им служит шнек. Наличие зазора в магнитопроводе и его перекрытие возбудителем уменьшает общее магнитное сопротивление и, как следствие, магнитное поле в катушке возрастает. При входе зубца возбудителя в магнитное поле в катушке индуцируется первая полуволна сигнала, а при его выходе - вторая полуволна, имеющая противоположную полярность (рисунок 1.4).

Рассматриваемый в работе индукционный датчик частоты вращения (рисунок 1.5) состоит из постоянного магнита с электрической обмоткой и зубчатого диска [11]. При вращении диска напротив магнита оказывается то зуб, то впадина, что приводит к изменению магнитного потока в системе магнит-диск. Это изменение магнитного потока индуцирует в обмотке переменную ЭДС, частота которой пропорциональна скорости вращения диска и числу зубьев или выступов на нем [11,21].

Значение напряжения, вырабатываемого датчиком, зависит от частоты вращения ротора (скорости измерения магнитного потока), числа витков катушки и величины магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом. Поскольку две последние величины постоянны, величина индуцируемого напряжения достигает максимума при максимальной частоте вращения [56], [21, 23].

+■

Рисунок 1.4 - Форма реакции датчика на внешний возбудитель

Рисунок 1.5- Индукционный датчик частоты вращения

Для расчета выходного сигнала индукционного датчика частоты вращения необходимо наличие информации о числе витков катушки, размерах и свойствах материала магнита и зубца, т.е. составление геометрического описания задачи, а также описание материалов элементов задачи.

В [39] приведена общая формула выходного сигнала индукционного датчика частоты вращения:

г _ ЫгСФтах-'Фд /1 1\

П <Ц ^Л>>

где 60, - скорость вращения ротора, 1ртах ~ потокосцепление при соосном расположении зубца и магнита, - потокосцепление с /-той секцией обмотки, а1 -угол поворота зубца относительно магнита.

1.3 Результаты экспериментального исследования индукционных датчиков для измерения частоты вращения

С целью определения особенностей работы индукционных датчиков частоты вращения были проведены их экспериментальные исследования. Для проведения исследований был собран стенд (рисунок 1.6), который состоит из шасси с закрепленным на нем датчиком ОГ 25 и шагового двигателя (четыре шага на оборот) с закрепленным на нем возбудителем - зубчатым диском, имеющим 8 зубцов. Выход датчика подключался к входу цифрового осциллографа.

Рисунок 1.6 - Стенд для исследования характеристик индукционных

датчиков

При отсутствии вращения двигателя на выходе датчика наблюдается шум амплитудой 8 мВ (рисунок 1.7).

50тУ 50гпУ Югив

V-

Угпв: 8.20пМ

Рисунок 1.7 - Осциллограмма выходного сигнала датчика в статике При вращении ротора (частота выходного сигнала датчика 30 Гц) наблюдается амплитудная модуляция выходного сигнала, обусловленная изменением зазора между собственно датчиком и зубцами диска при вследствие эксцентриситета. Амплитуда сигнала за время одного оборота изменяется почти в 2 раза (рисунок 1.8).

0.157 0.15У ЮОпга

1 1 11 1 111 1 1 1 |

,.) 1 jjj.jj.jj Ц) 1.1 , 1.1 ■

11 1 I шп , ¡1 1 ! 1' м С11 1 (1

1 1 1 \ 11' 11 1 ' т 1

Угтг: 0.07У

На рисунках 1.9 - 1.13 приведены осциллограммы выходного сигнала датчика при различных значениях частоты выходного сигнала, соответственно, 18 ГЦ, 20 Гц, 22 Гц, 40 ГЦ и 60 Гц.

0.10.15У 1 Оппй

12

\ 1 .LS^ V

\ V

L

Уггт: 0.05У

Рисунок 1.9 - Осциллограмма выходного сигнала датчика при частоте 18 Гц 0.15'./ 0.150тг

50гпУ

50тУ

бОгт

1 1 1 1

I

А А и

\ \Г 1 1 ■ \{

| | 1

1

Уггпг: 2Э.04гпУ

Рисунок 1.11- Осциллограмма выходного сигнала датчика при частоте 22 Гц

0.5У 0.5\/ 50гш

А л А, А { 4 * А л 1 А ( 1 * 4 4,Д

У V ^ Т 1 V 1 П * V 1' 1 ? У Г V У V

1

Угт®: 0.08У

Рисунок 1.12 - Осциллограмма выходного сигнала датчика при частоте 40 Гц

0.15V 0.15V 5ms

Л Л

\ 1 1 /1 /

Л J \ \

г \/

1 1 \ \1

V V

i

Vrms: 0.08V

Рисунок 1.13 - Осциллограмма выходного сигнала датчика при частоте 60 Гц

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что форма импульса не искаженная и повторяемая, изменяется только длительность импульсов, а амплитуда импульсов иВЫх возрастает по мере увеличения частоты вращения по линейному закону:

£/вых = ах/д + Ь (1-2),

где /д - частота выходного сигнала датчика, а и Ъ - константы, значения которых зависят от величины зазора между датчиком и зубцом.

Этот вывод полностью согласуется с теорией работы датчиков. В 2012 году были проведены испытания «Магнит 2Л» в ОАО КБХА (г.Воронеж). На рисунках 1.14 и 1.15 приведены выходные сигналы «Магнит 2Л», полученные при огневых стендовых испытаниях двигателя.

Рисунок 1.14 - Осциллограмма выходного сигнала «Магнит 2Л»

!_ilL .1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ЮЛ мин

Рисунок 1.15- Осциллограмма выходного сигнала «Магнит 2Л» Как видно из осциллограмм при работе «Магнит 2Л» наблюдается в подавляющем большинстве случаев ошибка ложного обнаружения сигналов, вследствие чего результаты измерения значительно завышены.

На рисунке 1.16 приведена осциллограмма входного сигнала индукционного датчика, полученная там же.

0,3 0.6 0,9 1,2 1,5 1.8 ' MC

Рисунок 1.16 - Осциллограмма выходного сигнала индукционного датчика

Похожие диссертационные работы по специальности «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», 05.11.16 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ляшенко, Антон Валерьевич, 2017 год

Список литературы

1. Баранов В.А. Сертификация алгоритма сжатия-восстановления измерительных сигналов модифицированным методом Прони / В.А. Баранов, A.B. Терехина, Б.В. Цыпин // Вестник Самарского государственного технического университета. Технические науки. - 2013. - №1. - С.42-48.

2. Берестень М.П. Концепция организации обработки информации в системах диагностики и распознавания / М.П. Берестень, А.Ю. Зенов // Перспективные научные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении: сборник трудов научно-технической конференции, Самара: Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2012.

3. Гуткин JI.C. Проектирование радиосистем и радиоустройств / Л.С. Гуткин. - М.: Радио и связь, 1986. - 288 с.

4. Долгих Л.А. Алгоритмы обработки информации на основе анализа быстропеременных процессов: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01 / Долгих Людмила Анатольевна. - Пенза, 2014. — 157 с.

5. Клионский Д.М. Очистка сигналов от шума и выделение шаблонов в сигналах на основе декомпозиции на эмпирические моды с использованием информационных критериев // Тр. междунар. конф. «Цифровая обработка сигналов и её применение» /... - Москва, 2009. - С. 173-180.

6. Козлов В.В. Измерение параметров электрических сигналов на основе метода разложения на собственные числа с применением искусственных нейронных сетей: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.01 / Козлов Валерий Валерьевич. -Пенза, 2013.- 148 с.

7. Коптев Ю.Н. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. / Под общей редакцией Ю.Н. Коптева. 2 т. - М.: Издательское предприятие журнала «Радиотехника», 2000, - С. 561, 616-618.

8. Ломтев Е.А. Совершенствование алгоритмов сжатия-восстановления сигналов для систем телеизмерений / Е.А. Ломтев, М.Г. Мясникова, Н.В. Мясникова, Б.В. Цыпин // Измерительная техника. - 2015. - № 3. - С. 11-14.

9. Ляшенко A.B. Виды помех и способы борьбы с ними в сигнале индукционного датчика частоты вращения в системах аварийной защиты энергонасыщенных объектов // Тезисы докладов V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (5-7 июня 2012 года) / Москва., «Радиотехника». - 2012. - С. 186.

10. Ляшенко A.B. Систематизация видов помех в сигнале индукционного датчика частоты вращения в системах аварийной защиты энергонасыщенных объектов / A.B. Ляшенко, Д.В. Пена, М.В. Чернов // Известия ВУЗ. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - Вып. № 3. - С. 187.

11. Ляшенко A.B. Помехоустойчивый способ преобразования сигнала индукционных датчиков частоты вращения / A.B. Ляшенко, В.Н. Орлов // Датчики и системы: Сборник докладов XXIX Всероссийской научно-практической конференции Молодых ученых и специалистов (30-31 марта 2010 г., Пенза) ОАО «НИИФИ». - 2010. - С. 3-8.

12. Ляшенко A.B., Орлов В.Н. Преобразование сигнала индукционных датчиков частоты вращения в условиях воздействия помех //Тр. междунар. науч,-техн. конф. «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (Шляндинские чтения - 2010) / Пенза, Изд-во ПГУ, 2010.-С. 38-40.

13. Ляшенко A.B. Повышение помехоустойчивости информационно-измерительных система контроля частоты вращения с помощью индукционных датчиков

14. Ляшенко A.B. Информационно-измерительная система контроля частоты вращения ротора турбоагрегата стартового двигателя / A.B. Ляшенко // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 1. - С. 37-42.

15. Ляшенко A.B. Методы распознавания текущего состояния технически сложных объектов наземной космической инфраструктуры/ А.П. Дергач, Я.С. Ломов, A.B. Ляшенко // Датчики и системы: Сборник трудов XXXI

межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. - 2013. - С. 11-19.

16. Ляшенко A.B. Разработка программно-аналитического комплекса / А.П. Дергач, Я.С. Ломов, A.B. Ляшенко // Датчики и системы: Сборник трудов XXXI межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. - 2013. - С. 24-27.

17. Ляшенко A.B. Вторичный преобразователь информационно-измерительной системы с повышенной помехоустойчивостью для измерения частоты вращения / А.Г. Дмитриенко, A.B. Ляшенко, Б.В. Цыпин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 1 - С. 31-36.

18. Ляшенко A.B. Помехоустойчивый преобразователь для индукционных датчиков частоты вращения / В.Н. Орлов, В.П. Елизаров, A.B. Ляшенко // Датчики и системы-2011: Материалы междунар. науч.-техн. конфер. (5-10 сентября 2011 г., п. Абрау-Дюрсо) / Под редакцией академика Международной академии информатизации и Российской инженерной академии А.Г. Дмитриенко - Пенза: ОАО «НИИФИ», 2011. - С. 113.

19. Ляшенко A.B., Пена Д.В., Цыпин Б.В. Помехоустойчивый способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения // Тр. междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 19-22 апреля 2011 г.): В 2-х томах/Под редакцией д.т.н., профессора М.А. Щербакова - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - Т. 2. - С. 53 - 56.

20. Ляшенко A.B. Система контроля состояния грузоподъемного крана / Д.В. Пена, A.B. Ляшенко // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: Труды Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 1922 апреля 2011 г.): В 2-х т. / Под редакцией д.т.н., профессора М.А. Щербакова. -Пенза: Изд-во ПГУ, 2011.- Т. 2.-С. 110-112.

21. Ляшенко A.B. Способ обработки сигналов в системе аварийной защиты с индукционных датчиков частоты вращения / Д.В. Пена, Б.В. Цыпин, A.B. Ляшенко // Надежность и качество - 2011: труды Международного

симпозиума: в 2-х т. / Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - Т.2. - С. 432-433.

22. Ляшенко A.B. Помехоустойчивый способ обработки сигналов в системе аварийной защиты / Д.В. Пена, Б.В. Цыпин, A.B. Ляшенко // Датчики и системы: Сборник докладов XXX межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (30-31 марта 2011 г., Пенза) / Пенза ОАО «НИИФИ», 2011. - С. 206-211.

23. Ляшенко A.B. Принцип работы преобразователя сигналов с индукционных датчиков частоты вращения на базе микроконтроллера PIC24FJ64GA002 SOIS/ Д.В. Пена, Б.В. Цыпин, A.B. Ляшенко // Датчики и системы: Сборник докладов XXX межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (30-31 марта 2011 г., Пенза) / Под редакцией академика A.B. Блинова. - 2011. - С. 206-211.

24. Ляшенко A.B. Имитатор ДПА систем измерения абсолютного давления / Д.В. Пена, М.В. Чернов, A.B. Ляшенко // Межвузовский сборник научных трудов «Информационно-измерительная техника» № 37

25. Ляшенко A.B., Пена Д.В., Чернов М.В. Виды помех и способы борьбы с ними в сигнале индукционного датчика частоты вращения в системах аварийной защиты энергонасыщенных объектов // Тезисы докладов V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (5-7 июня 2012 года) / Москва: «Радиотехника». - 2012. - С. 186.

26. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. - М.: Мир, 1990.-584 с.

27. Мясникова М.Г. Преобразование Прони в задаче измерения параметров гармонических сигналов в шумах / М.Г. Мясникова, Б.В. Цыпин, П.Г. Михайлов // Датчики и системы. -2007. -№ 4. - С. 19-22.

28. Мясникова М.Г. Измерение параметров электрических сигналов на основе метода Прони: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.01 / Мясникова Мария Геннадьевна. - Пенза, 2007. - 184 с.

29. Пат. 1550611 РФ. Пороговое устройство / O.A. Мурашко, H.A. Мурашко // БИ. - 1990.

30. Пат. 2173022 РФ. Формирователь импульсов индукционных датчиков оборотов / В.В. Логутов, Ю.А. Чайка // БИ. - 2001.

31. Пат. 2352057 РФ. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / O.A. Мурашко, H.A. Мурашко // БИ. -2009.

32. Пат. 2352058 РФ. Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / O.A. Мурашко, H.A. Мурашко //БИ. -2009.

33. Пат. 2352059 РФ. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / O.A. Мурашко, H.A. Мурашко // БИ. -2009.

34. Пат. 2399153 РФ. Способ формирования импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения/ Е.А. Мокров, В.П. Елизаров, A.A. Мельников, Б.В. Цыпин // БИ. - 2010. - 25.

35. Пат. 2399154 РФ. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / Е.А. Мокров, В.П. Елизаров,

A.A. Мельников, Б.В. Цыпин // БИ. - 2010. - 25.

36. Пат. 2400929 РФ. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения / Е.А. Мокров, В.П. Елизаров,

B.Н. Орлов, A.A. Мельников, Б.В. Цыпин // БИ. - 2010. - 27.

37. Пат. 2549 519 РФ. Н03М7/30 Способ и устройство для сжатия и восстановления сигналов / Н.В. Мясникова, М.Г. Мясникова, A.B. Терехина, Б.В. Цыпин // БИ. - 2015. - 12, 20.04.2015.

38. Пат. 581579 РФ. Формирователь импульсов для измерения частоты периодического сигнала / Б.Т. Кушко, И.В. Сатаров, А.Н. Бородавкин //БИ. -1977.

39. Попов А.П. Компьютерное моделирование магнитного поля индукционного бесконтактного датчика скорости вращения и расчет его

выходного сигнала / А.П. Попов, A.A. Моисеенко // Омский научный вестник. -2009.-№3,-С. 188-190.

40. Севрюгин H.H. Опыт автоматизации процесса испытаний авиационных газотурбинных двигателей/ H.H. Севрюгин, H.A. Потапов, А.Н. Попов, A.M. Цирихов // Приборы и Системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - №5. - С. 20-23

41. Строганов М.П. Обработка сигналов в системах диагностики: Монография / М.П. Строганов, М.П. Берестень, Н.В. Мясникова. Под редакцией Е.П. Осадчего - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. универ., 1997. - 119 с.

42. Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи неэлектрических величин, 1965, С. 24-29.

43. Терехина A.B. Повышение метрологических характеристик информационно-измерительных систем путем совершенствования методов сжатия-восстановления сигналов на основе процедуры Прони: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.16, 05.11.01 / Терехина Анастасия Валерьевна - Пенза, 2014. - 168 с.

44. Терехина A.B. Исследование влияния параметров регистрации и обработки данных на погрешность восстановления сигнала при использовании метода декомпозиции на эмпирические моды // Метрологическое обеспечение измерительных систем: сборник докладов VII научно-технической Всероссийской конф. - Пенза., Изд-во ПГУ, 2012. - С. 5-8.

45. Терехина A.B. Сжатие информации в информационно-измерительных и управляющих системах // Тр. междунарт. науч.-техн. конф. с элементами научной школы для молодых ученых «Датчики и системы: методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» / Пенза, 2012. -С. 13.

46. Терехина A.B. Исследование влияния параметров регистрации и обработки данных на погрешность восстановления сигнала при использовании метода декомпозиции на эмпирические моды // Метрологическое обеспечение измерительных систем: сборник докладов VII научно-технической Всероссийской конференции - Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2012. -С. 5-8.

47. Терехина A.B. Совершенствование информационно-измерительных систем путем модернизации программного обеспечения // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 2; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=12675 (дата обращения: 25.03.2016).

48. Терехина A.B. Измерение параметров частотных компонент измерительных сигналов на основе методов параметрического анализа /

A.B. Терехина, A.A. Селезнев, Г.С. Глухов, М.В. Каширин, Б.В. Цыпин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2014. - № 1. - С. 58-64.

49. Тихомиров М.В. Комплекс алгоритмов для управления и диагностики дизеля: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.02 / Тихомиров Михаил Витальевич. -Москва, 2015.- 179 с.

50. Цыпин Б.В. и др. Радиотехнические системы. Обнаружение сигналов на фоне помех: Учебн. пособие, - Пенза: Гос. ун-т, 2000. - 78 с.

51. Цыпин Б.В. Применение методов цифрового спектрального оценивания в задаче измерения параметров сигнала / Б.В. Цыпин, М.Г. Мясникова,

B.В. Козлов, C.B. Ионов // Измерительная техника. - 2010. - № 10. - С. 26-30.

52. http://niifi.client.runetsoft.ru/production/sensors/preobrazovateli-promezhutochnye/MAGNIT_2L .pdf

53. http://niifi.client.runetsoft.ru/production/sensors/datchiki-chastoty-vrashcheniya/ OG 025 .pdf

54. http://catalog.gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=15975

55. Микросхемы интегральные 1986BE91T, 1986ВЕ92У, 1986ВЕ93У. Технические условия АЕЯР.431290.711ТУ. - 2010. - 54 с.

56. http://www.bestreferat.ru/referat-378175.html

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.