Способ дистанционного контроля метрологических характеристик радиоизмерительных приборов на примере измерителя комплексных параметров свч-устройств
Владельцы патента RU 2379699:
Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (BY)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля метрологических характеристик радиоизмерительных приборов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата проводят измерение параметров калибровочных мер измерителем комплексных параметров СВЧ-устройств. Осуществляют формирование и выделение напряжений, несущих информацию о реальных составляющих измеряемых S-параметров. Осуществляют аналого-цифровую обработку измерительной информации и передают ее по стандартным линиям связи в испытательную лабораторию и определяют метрологические характеристики измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств. 2 ил.
Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и может быть использовано для дистанционного контроля метрологических характеристик радиоизмерительных приборов.
Известна система управления установкой сбора нефти [1], которая содержит первичные измерительные преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, ЭВМ сервера, ЭВМ операторской станции, и предназначена для получения информации о состоянии контролируемого объекта. Недостаток системы - необходимость создания и эксплуатации промышленной локальной сети.
Известна система мобильной телемедицины [2], предназначенная для экстренных электрокардиографических исследований. Система содержит кардиоблок, мобильный телефон-модем, карманный компьютер и ЭВМ-сервера, предназначенную для получения информации. Недостаток системы - передача данных по каналам сотовой связи, т.е. зависимость от зоны покрытия.
В качестве прототипа выбрано устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи [3], которое содержит корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания и измерительно-передающий модуль, предназначенное для получения данных о состоянии провода высоковольтной воздушной линии электропередачи и их передачи на пункт сбора информации. Недостаток прототипа - передача данных по каналам сотовой связи, т.е. зависимость от зоны покрытия, или с помощью глобальной системы позиционирования.
Техническая задача заключается в том, чтобы исключить необходимость транспортировки радиоизмерительных приборов в испытательную лабораторию для проведения исследования метрологических характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что проводят измерение параметров калибровочных мер измерителем комплексных параметров СВЧ-устройств, осуществляют аналого-цифровую обработку измерительной информации и передают ее по стандартным линиям связи в испытательную лабораторию, по полученным данным определяют метрологические характеристики измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств. Лаборатория, нуждающаяся в исследовании метрологических характеристик измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств получает по почте из метрологической службы (МС) или испытательной лаборатории (ИЛ) высокоточные калибровочные меры, в качестве которых используются меры фазового сдвига, меры КСВН, аттенюатор.
Предлагаемый способ поясняется на примере измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств чертежами:
Фиг.1 - схема измерительной системы: 1 - управляющая ЭВМ; 2, 4 - модем; 3 - линия связи; 5 - ЭВМ с контроллером КОП, входящая в состав измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств; 6 - измеритель комплексных параметров СВЧ-устройств; 7 - комплект мер; 8, 9 - принтер.
Фиг.2 - структурная схема измерителя: 10 - генератор СВЧ сигналов; 11 - первая составная часть измерительного СВЧ-тракта; 12 - вторая составная часть измерительного СВЧ-тракта; 13 - устройство обработки измерительной информации; 14 - отрезок волновода, являющийся геометрическим аналогом исследуемого устройства; 15 - третий НО; 16 - делитель мощности; 17 - четвертый НО; 18 - первый ферритовый вентиль; 19 - второй ферритовый вентиль; 20 - первый модулятор - выключатель; 21 - пятый ферритовый вентиль; 22 - шестой ферритовый вентиль; 23 - второй модулятор - выключатель; 24 - третий ферритовый вентиль; 25 - первый балансный смеситель; 26 - первая детекторная секция; 27 - вторая детекторная секция; 28 - второй балансный смеситель; 29 - четвертый ферритовый вентиль; 30 - первый НО; 31 - второй НО.
На фиг.1 представлена структура измерительной системы. В состав системы входят управляющая ЭВМ 1, находящаяся в МС, модемы 2, 4, с помощью которых осуществляется связь по стандартным линиям связи 3, ЭВМ с контроллером КОП 5, входящая в состав измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств, измеритель комплексных параметров СВЧ-устройств 6, эталонный комплект мер 7, принтеры 8, 9.
Управление работой измерителя, выбор режимов измерения и калибровки, а также выбор формы представления и регистрации результатов измерения осуществляется с клавиатуры управляющей ЭВМ в диалоговом режиме по локальной сети или сети Internet.
С помощью измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств проводят измерение параметров мер. Работа измерителя параметров СВЧ - устройств поясняется фиг.2 и основана на принципе направленного ответвления падающей на ОИ и отраженной (или прошедшей) от него волн сигнала СВЧ, распространяющихся в измерительном тракте измерителя; формировании и выделении напряжений Uijc (i, j=1, 2), несущих информацию о реальных составляющих измеряемых S-параметров, усилении и дискретном преобразовании этих напряжений, вычислении с помощью прямого и обратного преобразований Фурье сигналов Uijs, несущих информацию о мнимых составляющих S-параметров; вычислении значений измеряемых параметров по специальным алгоритмам с использованием параметров калибровки; воспроизведении частотных зависимостей измеряемых параметров либо в полярной (параметры S11 и S22), либо в декартовой системе координат (все S-параметры) с отсчетом значений Sij и ГВЗ на любой частоте (в пределах диапазона рабочих частот измерителя) с помощью маркера.
Измеритель (фиг.2) содержит генератор СВЧ-сигналов 10, первую 11 составную часть измерительного СВЧ-тракта, вторую 12 составную часть измерительного СВЧ-тракта, устройство обработки измерительной информации 13, отрезок волновода 14, являющийся геометрическим аналогом исследуемого устройства, комплект мер 7.
Первая 11 составная часть измерительного тракта содержит делитель мощности 16, первый 30 и третий 15 направленные ответвители, первый 18, третий 24 и пятый 21 ферритовые вентили, первый 20 модулятор-выключатель, первый 25 балансный смеситель, первую 26 детекторную секцию.
Вторая 12 составная часть измерительного тракта содержит второй 31 и четвертый 17 направленные ответвители, второй 19, четвертый 29 и шестой 22 ферритовые вентили, второй 23 модулятор-выключатель, второй 28 балансный смеситель, вторую 27 детекторную секцию.
Измеритель работает следующим образом. Выходной сигнал ГСВЧ 10 с помощью делителя мощности 16 и первого 30, второго 31, третьего 15 и четвертого 17 направленных ответвителей разветвляется и попадает в опорные каналы (ОК) (сигналы в них проходят через вторичные каналы третьего 15 и четвертого 17 направленных ответвителей) и плечи кольцевого тракта, образующие измерительные каналы (ИК). В ИК включены первый 20 и второй 23 модуляторы-выключатели, на которые с управляющих выходов устройства обработки измерительной информации 13 подаются либо модулирующее, либо запирающее напряжение. Извлечение СВЧ-сигналов, несущих информацию об измеряемых S-параметрах, осуществляется с помощью первого 30 и второго 31 направленных ответвителей. При этом первый 30 направленный ответвитель ориентирован на СВЧ-сигналы, несущие информацию об S11 и S12, а второй 31 направленный ответвитель - на СВЧ-сигналы, пропорциональные S21 и S22.
В волноводном тракте осуществляется поочередное распространение СВЧ-сигналов через исследуемое устройство 7 в противоположных направлениях. Это достигается поочередной подачей моделирующего напряжения на первый 20 или второй 23 модуляторы-выключатели в разные периоды перестройки частоты. Подача на первый 20 или второй 23 модуляторы-выключатели запирающего напряжения превращает последние в аттенюаторы с большим ослаблением. Дополнительная развязка плеч волноводного тракта в соответствующие периоды перестройки частоты осуществляется с помощью первого 18, второго 19, третьего 24, четвертого 29, пятого 21 и шестого 22 ферритовых вентилей. Они, кроме того, уменьшают погрешности из-за рассогласований в первом 20, втором 23 модуляторах-выключателях и первом 25, втором 28 балансных смесителях.
При калибровке (режим S11 и S22) к первым волноводным выходам первой 11 и второй 12 составной части измерительного тракта подключаются отрезок волновода 14, а ко вторым волноводным выходам - короткозамыкатели. В режиме S21 и S12 к первым и вторым волноводным выходам подключаются отрезки волноводов, являющиеся геометрическими аналогами исследуемого устройства 7. В память ЭВМ записываются массивы сигналов, несущих информацию о реальных составляющих калибровки:
где i, j=1, 2;
Kij - коэффициенты пропорциональности, учитывающие амплитудно-частотные характеристики опорных и измерительных сигналов в соответствующих режимах;
φнij - фазовые сдвиги, учитывающие неидентичности фазочастотных характеристик этих каналов.
Программным путем с использованием прямого и обратного преобразования Фурье формируются массивы, несущие информацию о мнимых составляющих параметров калибровки:
При измерении к первым волноводным выходам первой 11 и второй 12 составных частей измерительного СВЧ-тракта подключается отрезок волновода 14, а ко вторым волноводным выходам - исследуемое устройство 7, измеряются и формируются сигналы, несущие информацию о действительной
и мнимой
составляющих измеряемых S-параметров.
Реальные и мнимые составляющие измеряемых S-параметров рассчитываются с использованием значений (1)-(4) по формулам:
По полученным данным определяют метрологические характеристики измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств.
Технический результат достигается снижением времени простоя радиоизмерительных приборов при их отправке в МС, снижением пагубных воздействий при транспортировке, автоматизация метрологических работ.
Источники информации
[1] Дудников В., Янкина М., Савин С., Максименко В., Мурыжников А. АСУ ТП на базе SCADA-пакета GENESIS32: опыт, решения, наработки. - «Современные технологии автоматизации», 2003 г., №2, стр.138
[2] www.ibp-ran.ru/Products/teleECG.htm
[3] Механошин Б., Шкапцов В. Устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи. - Патент RU №2222858; 2002129160/09, 31.10.2002, 27.01.2004 Бюл. №3, 7 H02J 13/00
Способ дистанционного контроля метрологических характеристик радиоизмерительных приборов для измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств, заключающийся в том, что проводят измерение параметров калибровочных мер измерителем комплексных параметров СВЧ-устройств на основе использования высокоточных калибровочных мер и использования направленного ответвления, падающих на объект излучения (ОИ) и отраженных от него (или прошедших через него) волн сигнала СВЧ, при этом передают измерительные сигналы по стандартным линиям связи в испытательную лабораторию, осуществляют формирование и выделение напряжений, несущих информацию о реальных составляющих измеряемых S-параметров, осуществляют усиление и дискретное преобразование этих напряжений, выполняют вычисления на основе использования прямого и обратного преобразований Фурье - сигналов, несущих информацию о мнимых составляющих S-параметров, выполняют вычисления значений измеряемых параметров и воспроизведение частотных зависимостей измеряемых параметров либо в полярной, либо в декартовой системе координат в пределах диапазона рабочих частот измерителя с помощью маркера, на основе полученных данных определяют метрологические характеристики измерителя комплексных параметров СВЧ-устройств.
