Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета готовы предложить промышленности новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения. Они разработали отечественный продукт, превосходящий по некоторым характеристикам зарубежные анаkjub/
С новой разработкой любые измерения физических величин станут точнее.
Изобретение получит широкое применение в медицине, машиностроении, авиастроении, в быту. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - электронное устройство, преобразующее аналоговый входной сигнал от первичных датчиков физических параметров: давления, температуры, перемещения, скорости и так далее, в цифровой код. Качественный АЦП - это важнейший компонент любых систем цифрового управления оборудования в автоматическом промышленном производстве, на транспорте и не только.
«Аналого-цифровые преобразователи - ключевой компонент всех современных технических систем. Они нужны, чтобы цифровое устройство, в качестве которого может выступать компьютер, медицинский монитор и другая техника, могло воспринять аналоговую информацию. Все, что считывается с измерительных устройств, далее обрабатывается цифровой вычислительной машиной. А она понимает только цифры» - этими словами открыл свои пояснил участник группы разработчиков Андрей Кузьмин.
Отметим, модули АЦП встроены не только в сложные программно-аппаратные комплексы типа бортовой системы управления самолета, но и в бытовую технику, которой каждый из нас пользуется ежедневно (микроволновые печи, индукционные плиты, электронные весы и так далее). В настоящее время в мире разработано большое количество различных способов аналого-цифрового преобразования.
«Одна структура АЦП не может удовлетворить все требования во всех областях применения. Где-то требуется высокая помехоустойчивость, где-то максимальное быстродействие, где-то минимальная погрешность преобразования. В портативных устройствах важнейшей характеристикой АЦП становится потребляемая мощность, а в бытовой технике — цена. Но основное противоречие всех видов АЦП — это противоречие между точностью и быстродействием», - рассказал еще один участник перспективной разработки -.Виктор Баранов.
Коллектив ученых из ПГУ: д-р техн. наук, заведующий кафедрой «Информационно-вычислительные системы» Андрей Кузьмин, канд. техн. наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» Виктор Баранов, канд. техн. наук, доцент кафедры «Информационно-вычислительные системы» Ольга Кузнецова и канд. техн. наук Анастасия Пушкарёва, разработал новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения.
Исследователями был создана простая и технологичная структура быстродействующего АЦП.
Аналоговый сигнал в процессе аналого-цифрового преобразования «проходит» три этапа преобразования в числовой код: дискретизацию по времени, квантование по уровню, цифровое кодирование.
Числовое кодирование аналоговой величины позволяет вводить измерительную информацию в цифровое вычислительное устройство. Оно регистрирует, хранит, обрабатывает кодированную информацию. А также представляет ее в удобной форме для передачи и дальнейшего использования
«Физический параметр, наиболее часто подвергаемый аналого-цифровому преобразованию - электрическое напряжении. Его преобразование основано на сравнении преобразуемого напряжения с одним или несколькими известными опорными напряжениями», продолжает Виктор Баранов.<br>
<br>
При аналого-цифровом преобразовании аналоговый сигнал «разбивается» во времени на моменты сравнения преобразуемого и опорного напряжений через фиксированный временной интервал. Это первый этап преобразования — дискретизация по времени. Значения отсчета, полученные в контрольных точках, округляются до ближайшего уровня квантования (вносится неизбежная погрешность квантования) — квантование по уровню. На выходе АЦП формирует цифровой код, соответствующий аналоговому сигналу.
В существующих аналого-цифровых преобразователях используется разное число уровней опорного напряжения. Общий недостаток параллельных АЦП в том, что они не могут отследить скачок напряжения, происходящий во временном интервале между моментами сравнения напряжений.
В ПГУ теперь всегда могут сказать, на каком участке аналогового сигнала произошел скачок напряжения, превышающий размер кванта АЦП.
«Предложенный специалистами ПГУ способ позволяет заметить и зафиксировать любой скачок преобразуемого напряжения больше размера кванта мгновенно, так как за каждым опорным уровнем система „следит” отдельно. По видимому, с новым методом, будет гарантировано отсутствие пропусков информации о форме преобразуемого напряжения потому, что измеряю-ся длительности всех интервалов времени между моментами равенства преобразуемого напряжения и одного из опорных напряжений», - говорит Виктор Баранов.
Полученный цифровой код (номер опорного уровня и код длительности интервала времени) можно использовать сразу для анализа на компьютере. Дополнительной его обработки не требуется.
Новый способ аналого-цифрового преобразования уже запатентован. В настоящее время ученые ведут переговоры с пензенскими предприятиями о создании прототипа программно-аппаратного модуля, реализующего перспективную методику.
Изобретение найдет широкое применение в приборостроении, машиностроении, авиастроении, медицинской и бытовой аппаратуре. Технология производства АЦП потенциально проще и дешевле зарубежных аналогов.
Использование нового способа позволит расширить функциональные возможности и улучшить метрологические характеристики многих приборов. В первую очередь: быстродействие цифровых вольтметров, частотомеров, фазометров, измерителей параметров комплексного сопротивления, электрокардиографов, электроэнцефалографов и других.
Данное изобретение - это результат развития на кафедре «Информационно-измерительная техника» ПГУ идей, ранее высказанных профессором В. М. Шляндиным, профессором Г. П. Шлыковым, профессором Э. К. Шаховым и доцентом К. В. Сафроновой ,в области многоуровневого следящего аналого-цифрового преобразования.
«Изобретение удалось создать благодаря синергетическому эффекту от объединения усилий кафедр „Информационно-измерительная техника и метрология” и „Информационно-вычислительные системы”. С середины 1960-х в нашем вузе работают в этом направлении. Ученики и последователи великих учителей продолжают эту добрую традицию», — подчеркнули Андрей Кузьмин и Виктор Баранов.
