Розроблення та дослідження методу вимірювання нестаціонарного тиску з застосуванням вейвлет перетворення
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156959Ключові слова:
вимірювання нестаціонарного тиску, обернена задача вимірювання, реальночасовий метод вимірювання, вейвлет перетворенняАнотація
У системах автоматичного керування існує нагальна потреба вимірювання швидкозмінних нестаціонарних фізичних величин у реальному, чи близько до цього, часі. В цій галузі окремою групою вирізняються задачі вимірювання нестаціонарного тиску рідин чи газів.
Показується, що вимірювання нестаціонарного тиску у реальному, чи близько до цього, часі представляє собою задачу відновлення вхідного сигналу, яка з погляду математики відноситься до класу некоректно поставлених проблем (згідно Ж. Адамара). Отримано розв’язок оберненої задачі вимірювання, що базується на математичній моделі вимірювального перетворення, яке здійснює сенсор тиску. На основі цього розв’язку побудований метод вимірювання, що передбачає вейвлет опрацювання вихідного сигналу сенсора. При цьому в якості базисних функцій вейвлет перетворення запропоновано обирати такі, які є модифікацією імпульсної перехідної функції сенсора.
Подається експериментальне дослідження дієздатності розробленого методу, яке базується на вимірюванні імітованого імпульсу тиску. Імпульс тиску імітується падінням кульки з каліброваною масою на мембрану сенсора. Запропонована вимірювальна схема, для визначення тривалості торкання кульки до мембрани. Перевірка точності методу полягає на порівнянні реальної маси кульки з визначенної за вихідним сигналом сенсора. Запропонований метод показав високу точність, оскільки максимальна відносна похибка визначення маси падаючої кульки становила лише 0,65 %.
Запропонований метод вимірювання нестаціонарного тиску може бути використаний в системах керування в яких необхідне швидкодіюче коригування динамічної похибки вимірювання. Серед інших це системи керування в аерокосмічній техніці, випробувальних комплексах, військовій техніці, наукових дослідженнях
Посилання
- Kraft, M., White, N. M. (Eds.) (2013). MEMS for Automotive and Aerospace Applications. Woodhead Publishing Limited. doi: https://doi.org/10.1533/9780857096487
- Markelov, I. G. (2009). Kompleks datchikov davleniya dlya ekspluatacii na ob'ektah atomnoy energetiki. Datchiki i sistemy, 11, 24–25.
- Custom Pressure Sensors for the Aerospace Industry. Merit Sensor. Available at: https://meritsensor.com
- Sensors for Aerospace & Defense. PCB Piezotronics. Available at: https://www.pcb.com/aerospace
- Hadamard, J. (1923). Lectures on Cauchy’s problem in linear partial differential equations. New York: Dover Publications, 338.
- Tihonov, A. N., Arsenin, V. Yu. (1979). Metody resheniya nekorektnyh zadachMoscow: Nauka, 228.
- Tikhonov, A. N. (1983). Regularizing algorithms and prior information. Moscow: Nauka, 197.
- Solopchenko, G. N. (1986). Methods for taking into account the priori information in the correction of the measurement error in the measurement computation channel in the dynamic mode. Research in the field of evaluation of measurement errors: Digest of scientific proceedings VNIIM. Moscow, 27–31.
- Burovtseva, T. I., Zvyagintsev, A. M. (1999). Correction of sensor error by the methods of fuzzy logic. Sensors and systems, 7, 14–21.
- Tykhan, M. O. (2006). Pat. No. 75915 UA. Dynamic pressure transducer. No. 2003109369; declareted: 17.10.2003; published: 15.06.2006, Bul. No. 6.
- Shamrakov, A. L. (2005). Perspektivy razvitiya p'ezoelektricheskih datchikov bystroperemennyh, impul'snyh i akusticheskih davleniy. Sensors & Systems, 9.
- Jin, M., Li, C. (2018). Non-Stationary Wind Pressure Prediction Based on A Hybrid Decomposition Algorithm of Wavelet Packet Decomposition and Variational Mode Decomposition. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 189, 052038. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/189/5/052038
- Park, S.-G., Sim, H.-J., Lee, H.-J., Oh, J.-E. (2008). Application of non-stationary signal characteristics using wavelet packet transformation. Journal of Mechanical Science and Technology, 22 (11), 2122–2133. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-007-1218-z
- Komissarov, A. A., Kurochkin, V. V., Semernin, A. N. (2017). Ispol'zovanie fil'tra Kalmana dlya fil'tracii znacheniy, poluchaemyh s datchikov. Elektronniy sbornik statey po materialam LIII studencheskoy mezhdunarodnoy zaochnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Novosibirsk, 166–170. Available at: https://sibac.info/archive/technic/5(52).pdf
- Zhang, Z. G., Tsui, K. M., Chan, S. C., Lau, W. Y., Aboy, M. (2008). A novel method for nonstationary power spectral density estimation of cardiovascular pressure signals based on a Kalman filter with variable number of measurements. Medical & Biological Engineering & Computing, 46 (8), 789–797. doi: https://doi.org/10.1007/s11517-008-0351-x
- Zhang, J., Liu, Q., Zhong, Y. (2008). A Tire Pressure Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks Technology. 2008 International Conference on MultiMedia and Information Technology. doi: https://doi.org/10.1109/mmit.2008.177
- Yang, L.-J., Lai, C.-C., Dai, C.-L., Chang, P.-Z. (2005). A Piezoresistive Micro Pressure Sensor Fabricated by Commercial DPDM CMOS Process. Tamkang Journal of Science and Engineering, 8 (1), 67–73.
- Kistler. Measure, analyze, innovate. Available at: https://www.kistler.com
- Carter, S., Ned, A., Chivers, J., Bemis, A. Selecting Piezoresistive vs. Piezoelectric Pressure Transducers. Available at: https://www.kulite.com/assets/media/2018/01/Piezoresistive_vs_Piezoelectric.pdf
- Vasylenko, G. I. (1979). Theory of restoration of signals: About reduction to the ideal device in physics and technique. Мoscow: Sovetskoe Radio, 272.
- Merry, R. J. E. (2005). Wavelet theory and applications: a literature study. (DCT rapporten; Vol. 2005.053). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.
- Addison, P. S. (2002). The Illustrated Wavelet Transform Handbook. CRC Press, 368. doi: https://doi.org/10.1201/9781420033397
- Lee, D. T. L., Yamamoto, A. (1994). Wavelet Analysis: Theory and Applications. Hewlett-Packard, 44–52.
- Tykhan, M. (2007). Choice of parameters of calibrating signal for the receive of transient characteristic of pressures sensors. Sensors and systems, 9, 17–19.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Myroslav Tykhan, Taras Repetylo, Serhii Kliuchkovskyi, Olha Markina
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
