Принципы построения нелинейных измерителей наноамперных токов в системах неразрушающего контроля
,
Екатеринбург, Россия
Одним из основных требований, предъявляемых к перспективным системам неразрушающего контроля, является обеспечение приемлемых погрешностей измерений в условиях воздействия на измерения электромагнитных помех, возникающих из-за увеличения общего электромагнитного фона [1].
В лаборатории функционально-ориентированных процессоров ИМАШ УрО РАН проводятся исследования принципов реализации и функционирования нелинейных микроэлектронных измерителей малых токов. К настоящему времени завершен цикл теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых был разработан лабораторный образец измерительного канала, предназначенного для прецизионных измерений токов в реальном времени.
С целью снижения влияния электромагнитных помех нами выбран один из наиболее помехоустойчивых методов - аналого-цифровое преобразование с двойным интегрированием. Для обеспечения возможности измерения меняющихся параметров мы выбрали интервал однократного измерения 10 мсек, что позволяет измерять сигналы с частотным спектром до 40 Гц.
В преобразователях с двойным интегрированием проинтегрированный входной сигнал сопоставляется с некоторой измерительной шкалой. С целью увеличения динамического диапазона измеряемой величины (ДД), в каждом цикле измерения была применена нелинейная функционально регулируемая шкала. Было показано, что, по сравнению с линейными шкалами, в отношении действия аддитивных помех шкалы, описываемые степенной функцией с показателем < 1, позволяют не только расширить ДД, но и обеспечивают меньшую погрешность измерения.
Для экспериментальных исследований нами была разработана исследовательская установка, в которой измеряемой величиной был электрический ток. Вблизи ее местонахождения находилось действующее промышленное оборудование, создававшее типичный электромагнитный фон, для борьбы с влиянием которого в электрической схеме преобразователя «электрический ток – цифровой код» был применен компенсационный метод. Эффективность примененных мер борьбы с помехами оценивалась экспериментально по результатам измерения входных токов, величина которых уменьшалась до значений, при которых помехи увеличивали относительную погрешность измерений свыше 0,03 % для верхней границы ДД, свыше 1 % для нижней границы ДД.
Технические решения, примененные в цифровой части преобразователя, позволяют обрабатывать результаты измерений в нескольких каналах одновременно, поэтому и в одноканальном, и в многоканальном вариантах однократное измерение проводится в течение одного и того же интервала времени – 10 мсек.
В исследовательской установке использовалась отечественная элементная база, имеющая бескорпусные аналоги, что позволяет на основе данной разработки создать многоканальный измеритель токов в микросборочном исполнении.
В экспериментальном измерительном канале для погрешностей, не более указанных, удалось реализовать следующие характеристики:
- минимальный измеряемый ток – 1 нА,
- устойчивое измерение входного тока в диапазоне порядка 1000,
Литература
1. Повышение помехоустойчивости измерительных преобразователей. Дис. канд. техн. наук. Пенза, 2005, 181.
