Программное обеспечение и обработка сигналов

Математическое обеспечение прибора должно удовлетворять следующим требованиям:

1) значительная часть измерений и вычислений должна идти - в реальном времени;

2) технические средства (память, объем, потребление тока) должны быть минимальны.

Исходя из этого, отказались от использования универсальной операционной системы. На языке Ассемблер для процессора Z 80 разработана программа, обеспечивающая обработку сигналов в реальном времени и вычисления после завершения измерений. Программ обработки прерывания длительностью 2,5 мс обеспечивает регистрацию данных через каждые 10 мс.

Метод измерений импеданса

Электронная схема измерения давления позволяет проводить фильтрацию аналогового сигнала датчика давления U и после выпрямления этого сигнала обеспечивать измерение эффективного напряжения Ue поступающего с датчика давления. Таким образом, сигнал мгновенного давления в пневматическом центре в виде величины Ue подается на АЦП. С помощью специальной логической схемы измеряется величина φu-φs где φu—фаза сигнала датчика давления, а φs — фазовый угол потока в насосе (т. е. измеряется и подается в АЦП сдвиг фаз между сигналом давления и сигналом положения насоса).

Метод измерений совместно с процедурой калибровки обеспечивает вычисление импеданса по этим двум измеряемым величинам. Вычисление основывается на перечисленных ниже соотношениях. 1. По определению, измеряемый импеданс Z и измеряемое давление Р. связаны соотношением:

P=Z*V,

где V — поток в пневматическом центре.

2. Регистрируемый фотоэлементом фазовый угол потока в насосе φs, и фазовый угол потока в пневматическом центре φv связаны соотношением:

φv = φs-φd

где φd — фазовый сдвиг, возникающий из-за произвольности расположения метки на маховике насоса.

3. Величина давления в пневматическом центре и сигнал датчика давления связаны через величину X — комплексную характеристику измерительной цепи.

P=U*X

4. Для калибровки проводятся измерения с известным механическим импедансом Zt, при этом выполняются вышеуказанные соотношения.

Для любого измеряемого импеданса определяется параметр К, характеризующий электронную схему, через соотношение:

где v0 — ударный объем насоса;

f — частота осцилляции;

Zi — истинное значение импеданса;

Zm — измеренное значение импеданса.

При правильной калибровке должно быть всегда Zi=Zm.

5 Исходя из определения эффективного напряжения и ударного объема

Также легко получить следующее выражение:

Отсюда видно, что. проведя калибровку с известным импедансом Zi=Zt можно найти модуль и фазовый угол комплексного параметра К:

6. Параметры и характеризуют каналы измерения давления и потока и не должны зависеть от калибровочного импеданса.

7. Из вышеуказанной формулы следует, что далее в процессе исследования неизвестного импеданса его модуль Z и фаза могут быть вычислены по измеренным величинам Ue и формулам:

Следует подчеркнуть два обстоятельства:

1) К включает не только неизвестную комплексную характеристику измерительной системы, но и фазовый сдвиг, возникающий из-за произвольности расположения метки на маховике насоса;