Огляд методів та засобів реалізації інформаційно-вимірювальних компонентів кібер-фізичних систем для електромагнітного зондування
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.260245Ключові слова:
вихрострумовий метод, вимірювання фазового зсуву, гармонічний сигнал, низькі частоти, порогова чутливістьАнотація
Об'єктом дослідження є кібер-фізичні системи дослідження неоднорідних середовищ, зокрема, таких як земні та водні глибини, з метою пошуку в них провідних тіл. Одним з найбільш проблемних місць при створенні таких систем є високочутливий вимірювач малих фазових зсувів з низьким порогом чутливості.
В ході дослідження проведено огляд методів досягнення низького порогу чутливості до фазового зсуву. Основним з них є метод перетворення фазового зсуву в коефіцієнт амплітудної модуляції. Реалізація методу базується на сумо-різницевому перетворенні з попереднім внесенням квадратурного фазового зсуву між сигналами. Отримано результати, що стосуються методів розв’язання наступних задач:
– підвищення температурної стабільності квадратурного фазообертача;
– зменшення неідентичності коефіцієнтів передачі каналів сумо-різницевої схеми;
– виділення обвідної амплітуд амплітудно-фазо-модульованого сигналу при малих відношеннях частот вхідних сигналів та комутації.
Перша задача частково вирішується розбиттям квадратурного фазообертача на дві рівні половинки, розміщені в різних каналах, з приблизно однаковими фазотемпературними коефіцієнтами. Друга задача також вирішується ручним калібруванням перед вимірюванням. Найскладнішою є задача виділення обвідної з амплітудно-фазо-модульованого сигналу, в якому частота несучої тільки в кілька разів є більшою від обвідної. Складність в тому, що при детектуванні утворюються комбінаційні частоти, зумовлені фазовою модуляцією. Тому розділити їх важко. Розглянуто кілька методів виділення обвідної, якщо частота вхідних сигналів фіксована. Завдяки цьому можна отримати поріг чутливості (1·10–4÷3·10–5) рад. Зменшення робочої частоти сигналів підвищує глибинність досліджень, але при цьому зростає вплив флікер-шуму. При цьому мінімальною вважається частота 10 Гц. Отже, для частот, що складають одиниці Гц, ці методи не підходять. Методи зменшення впливу флікер-шуму планується розглянути в іншій роботі
Посилання
- Håkansson, A., Saad, A., Anand, A., Gjærum, V., Robinson, H., Seel, K. (2021). Robust Reasoning for Autonomous Cyber-Physical Systems in Dynamic Environments. Procedia Computer Science, 192, 3966–3978. doi: http://doi.org/10.1016/j.procs.2021.09.171
- Lu, B.-N., Lähde, T. A., Lee, D., Meißner, U.-G. (2016). Precise determination of lattice phase shifts and mixing angles. Physics Letters B, 760, 309–313. doi: http://doi.org/10.1016/j.physletb.2016.06.081
- Lei, H., Huang, Y., Jiang, L., Gao, G., Zhang, J., Wu, P. (2022). Research on Fourier and Prony analysis algorithm of inter-harmonic in power system. Energy Reports, 8, 728–737. doi: http://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.204
- Gula, І. V. (2011). Rozrobka metodu vimіriuvannia fazovikh zsuvіv signalіv. Vіsnik Khmelnitckogo natcіonalnogo unіversitetu. Tekhnіchnі nauki, 5, 159–161.
- Wu, Z., Guo, W., Zhang, Q. (2022). Two-frequency phase-shifting method vs. Gray-coded-based method in dynamic fringe projection profilometry: A comparative review. Optics and Lasers in Engineering, 153, 106995. doi: http://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2022.106995
- Pozar, D. M. (2012). Microwave Engineering. Wiley, 752.
- Behnam, H., Ohtsuki, S., Tanaka, M. (1998). Phase correction on ultrasound speed measurement. Journal of the Acoustical Society of Japan (E), 19 (2), 141–150. doi: http://doi.org/10.1250/ast.19.141
- Lameko, A. L. (2019). Variational method of measuring angular phase difference. Tekhnichna Elektrodynamika, 2, 88–92. doi: http://doi.org/10.15407/techned2019.02.088
- Kondratov, V. T. (1984). Algoritmicheskie metody izmereniia mgnovennykh znachenii fazovogo sdviga infranizkochastotnykh signalov. Kyiv, 40.
- Buchma, I. M., Vzhushchak, M. (2003). Vplyv fliker-shumu v trakti nesuchoi chastoty nyzkochastotnoho kanalu tovshchynomira stalevykh lystovykh konstruktsii. Metody i prylady kontroliu yakosti, 10, 24–27.
- Miziuk, L. Ia., Podzharii, V. M., Protc, R. V. (1971). Izmerenie invariantov magnitnogo polia pri eletrorazvedke. Kyiv: Naukova dumka, 231.
- Buchma, I. (2017). Measurement of Phase Shift between the harmonic signals using binary sampling. Computer Printing Technologies, 1 (37), 78–91.
- Skripnik, Iu. A. (1971). Metody vydeleniia izmeritelnoi informatcii iz garmonicheskikh signalov. Kyiv: Naukova dumka, 276.
- Skripnik, Iu. A., Nizhenskii, A. D. (1964). O vybore chastoty pitaniia avtomaticheskogo kvaziuravnoveshennogo mosta s differentcialnym indikatorom. Izvestiia vuzov. Priborostroenie, 5, 14–22.
- Buchma, I. M. (2008). Zasoby vymiriuvannia induktyvnoi elektrorozvidky ta vykhrostrumovoi diahnostyky. Lviv: Lvivska politekhnika, 294.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Ihor Buchma, Mykhailo Voichenko
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.
