s16 55

Про інститут

DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2020.55.101

УДК 621.314: 621.317.31: 621.373.54

АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ ВІДНОШЕННЯ СИГНАЛ - ШУМ У ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМАХ З ДАТЧИКАМИ ІМПУЛЬСНИХ СТРУМІВ

Н.А. Шидловська*, чл.-кор. НАН України, С.М. Захарченко**, докт. техн. наук, І.Л. Мазуренко***, канд. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-9907-7416
** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-8597-8045
*** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-0146-7396

Проаналізовано основні методи підвищення відношення корисного сигналу до шуму при вимірюванні імпульсних електричних струмів. Наведено порівняльний аналіз переваг і недоліків основних типів датчиків струму. Описано стенд і методику проведення експериментальних досліджень впливу параметрів вимірювальної системи на рівень шумів і завад при вимірюванні імпульсних електричних струмів. Визначено режими, в яких за лабораторних умов відношення рівня корисного сигналу до шуму найбільше. Розкрито механізм впливу величини активного електричного опору резистивного датчика струму на відношення сигналу до шуму при високій чутливості осцилографа. Експериментально доведено ефективність екранування датчика струму і заземлення його екрану в одних режимах і їх неефективність в інших для підвищення відношення сигналу до шуму. Наведено практичні рекомендації щодо покращення відношення сигналу до шуму в системах з аналоговими датчиками імпульсного струму. Бібл. 39, табл. 2.
Ключові слова: відношення сигнал - шум, датчики імпульсного електричного струму, методи зниження шумів і завад, плазмоерозійна обробка.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ - ШУМ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ С ДАТЧИКАМИ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ

Н.А. Шидловская, чл.-корр. НАН Украины, С.Н. Захарченко, докт. техн. наук, И.Л. Мазуренко, канд. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду

В работе проанализированы основные методы повышения отношения полезного сигнала к шуму при измерении импульсных электрических токов. Приведен сравнительный анализ достоинств и недостатков основных типов датчиков тока. Описаны стенд и методика проведения экспериментальных исследований влияния параметров измерительной системы на уровень шумов и помех при измерении импульсных электрических токов. Определены режимы, в которых в лабораторных условиях отношение уровня полезного сигнала к шуму наибольшее. Раскрыт механизм влияния величины активного электрического сопротивления резистивного датчика тока на отношение сигнала к шуму при высокой чувствительности осциллографа. Экспериментально доказана эффективность экранирования датчика тока и заземления его экрана в одних режимах и их неэффективность в других для повышения отношения сигнала к шуму. Приведены практические рекомендации по улучшению отношения сигнала к шуму в системах с аналоговыми датчиками импульсного тока. Библ. 39, табл. 2.
Ключевые слова: отношение сигнала к шуму, датчики импульсного электрического тока, методы снижения шумов и помех, плазмоэрозионная обработка.

Література
1. Lopatko K.G., Melnichuk M.G., Aftandilyants Y.G., Gonchar E.N., Boretskij V.F., Veklich A.N., Zakharchenko S.N., Tugay T.I., Tugay A.V., Trach V.V. Obtaining of metallic nanoparticles by plasma-erosion electrical discharges in liquid mediums for biological application. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW Agriculture. 2013. No 61. Pp.105–115.
2. Шидловская Н.А., Захарченко С.Н., Черкасский А.П. Анализ электромагнитных процессов в выходной цепи генератора разрядных импульсов с нелинейной моделью плазмоэрозионной нагрузки при изменении их параметров в широких диапазонах. Технічна електродинаміка. 2016. № 1. С. 87–95. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2016.01.087
3. Щерба А.А., Супруновская Н.И. Циклические переходные процессы в цепях электроразрядных установок с учетом влияния скорости нарастания разрядных токов и паузы между ними на сопротивление нагрузки. Технічна електродинаміка. 2018. № 2. С. 3–10. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.02.003
4. Щерба А.А., Супруновская Н.И., Иващенко Д.С. Моделирование нелинейного сопротивления электроискровой нагрузки с учетом его изменения при протекании и отсутствии разрядного тока в нагрузке. Технічна електродинаміка. 2014. № 5. С. 23–25.
5. Шидловская Н.А., Захарченко С.Н. Переходные процессы в RLC-цепях с параметрической нагрузкой. Технічна електродинаміка. 2014. № 2. С. 3–10.
6. Захарченко С.Н. Физическая модель гранулированной токопроводящей среды. Технічна електродинаміка. 2012. № 6. С. 19–26.
7. Шидловська Н.А., Захарченко С.М., Черкаський О.П. Параметрична модель опору плазмоерозійного навантаження, адекватна в широкому діапазоні змін прикладеної напруги. Технічна електродинаміка. 2017. № 3. С. 3–12. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.03.003
8. Шидловская Н.А., Захарченко С.Н., Черкасский А.П. Нелинейно-параметрическая модель электрического сопротивления гранулированных токопроводящих сред для широкого диапазона изменений приложенного напряжения. Технічна електродинаміка. 2014. № 6. С. 3–17.
9. Shydlovska N., Zakharchenko S., Cherkaskyi O. The ihttps://doi.org/10.15407/techned2017.02.005nfluence of electric field parameters and temperature of hydrosols of metals’ plasma-erosive particles on their resistance and permittivity. Computational problems of electrical engineering. 2014. Vol. 4, No 2. Pp. 77–84.
10. Шидловская Н.А., Захарченко С.Н. Моделирование процессов в цепи разряда конденсатора на искроэрозионную нагрузку. Электронное моделирование. 2012. Т. 34, № 6. С. 73–81.
11. Захарченко С.Н. Влияние напряженности внешнего электрического поля и температуры на сопротивление искроэрозионных гидрозолей металлов. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2012. Вип. 33. С. 113–120.
12. Shcherba A.A., Zakharchenko S.N., Suprunovskaya N.I., Shevchenko N.I. The influence of repetition rate of discharge pulses on electrical resistance of current-conducting granular layer during its electric-spark treatment. Технічна електродинаміка. 2006. № 2. С. 10–14.
13. Захарченко С.М. Статистичні дослідження еквівалентного електричного опору гетерогенного струмопровідного середовища при його електроерозійній обробці на прикладі гранул алюмінію у воді. Науковий вісник Національного гірничого університету. 2013. №1 (133). С. 62–67.
14. Kornev J.I., Yavorovsky N.A., Saveliev G.G., Galanov A.I., Zaharchenko S.M., Perekos A.E., Danilenko N.B., Yurmazova T.A. Physico-chemical Processes in Electric Discharges in Liquid Media. Proc. of 15th International Symposium on High-Current Electronics (15th SHCE). Tomsk, Russia, September 21–26, 2008. P. 480–483.
15. Шидловська Н.А., Захарченко С.М., Черкаський О.П. Фізичні передумови побудови математичних моделей електричного опору плазмоерозійних навантажень. Технічна електродинаміка. 2017. № 2. С. 5–12. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.02.005
16. Шидловська Н.А., Захарченко С.М., Черкаський О.П. Порівняння ефективності згладжування сигналів напруги на плазмоерозійному навантаженні та струму в ньому багатоітераційними методами фільтрації. Технічна електродинаміка. 2017. № 4. С. 3–13. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.04.003
17. Шидловська Н.А., Захарченко С.М., Черкаський О.П. Критерії необхідної та достатньої кількості ітерацій фільтрації неперіодичних нестаціонарних сигналів багатоітераційними методами. Технічна електродинаміка. 2017. № 5. С. 23–31. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.05.023
18. Щерба А.А., Захарченко С.М., Супруновська Н.І., Шевченко М.І., Монастирський Г.Є., Перетятко Ю.В., Петрученко О.В. Стабілізація режимів електротехнологічних систем для отримання іскроерозійних мікро- та нанопорошків. Технічна електродинаміка. Тематичний випуск Силова електроніка та енергоефективність. 2006. Ч. 1. С. 120–123.
19. Захарченко С.Н. , Руденко Ю.В., Черкасский А.П. Повышение точности регулирования напряжения на емкостных накопителях энергии систем импульсной плазмоэрозионной обработки гетерогенных токопроводящих сред. Технічна електродинаміка. 2016. № 6. С. 30–37. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2016.06.030
20. Захарченко С.Н. , Кондратенко И.П., Перекос А.Е., Залуцкий В.П., Козырский В.В., Лопатько К.Г. Влияние длительности разрядных импульсов в слое гранул железа на размеры и структурно-фазовое состояние его электроэрозионных частиц. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2012. Т. 6, № 5 (60). С. 66–72.
21. Тесик Ю.Ф., Комаров М.С., Клименко Д.М. Вимірювач миттєвого струму в пристроях силової електроніки. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2013. Вип. 36. С. 133–138.
22. Xiyao Zhang. Когда использовать усилитель с rail-to-rail входами и на что обращать внимание. Радиолоцман. 2016. № 9 (64). С. 22–24. URL: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=179990 (дата обращения 02.10.2019).
23. Варский Г.М. Измерительный преобразователь тока с электронной компенсацией погрешности. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2009. Вип. 24. С. 119–125.
24. Варский Г.М. Влияние межобмоточной емкости на точность работы высоковольтного трансформатора тока. Технічна електродинаміка. 2014. № 4. С. 58–60.
25. Варский Г.М., Гречко В.В., Танкевич Е.Н. Определение параметров электромагнитной системы электронного трансформатора тока с нормируемыми метрологическими характеристиками в переходных режимах работы. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2015. Вип. 42. С. 129–135.
26. Стогній Б.С., Сопель М.Ф., Паньків В.І., Танкевич Є.М. Математична модель трансформатора струму на основі теорії феромагнітного гістерезису Джайлса-Атертона. Технічна електродинаміка. 2016. № 3. С. 58–65. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2016.03.058
27. Стогній Б.С., Сопель М.Ф., Паньків В.І., Танкевич Є.М. Фактори, що визначають виникнення та значення залишкової індукції в магнітопроводах трансформаторів струму в умовах експлуатації. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2016. Вип. 43. С. 5–13.
28. Стародубцев Ю.Н. Теория и расчет трансформаторов малой мощности. Москва: ИП РадиоСофт, 2005. 320 с.
29. Стародубцев Ю.Н., Белозеров В.Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2002. 384 с.
30. Герцик О.М., Переверзєва Т.Г., Ковбуз М.О., Бойчишин Л.М., Носенко В.К., Борисюк А.К. Електричні та магнетні властивості багатокомпонентних аморфних металевих композицій на основі заліза. Металлофизика и новейшие технологии. 2017, т. 39, № 8, С. 1023–1033. DOI: https://doi.org/10.15407/mfint.39.08.1023
31. Маргелов А. Датчики тока компании Honeywell. Электронные компоненты. 2007. № 7. С. 121–126. URL: http://ecworld.ru/media/bip/pdfs/margelov_ec307.pdf (дата обращения 02.10.2019).
32. Таранов С.Г., Тесик Ю.Ф., Брайко В.В., Карасинский О.Л., Шувалов Г.И., Пронзелева С.Ю. Принципы построения преобразователей тока на основе датчиков Холла. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2013. Вип. 35. С. 96–107.
33. Изолированные датчики тока и напряжения производства ООО «ТВЕЛЕМ» Характеристики – Применение – Расчеты. URL: http://www.efo-power.ru/BROSHURES_CATALOGS/LEM/TVELEM_rus.pdf (дата обращения 02.10.2019).
34. Джоблин Д. Новые датчики тока прямого усиления, сравнимые по характеристикам с компенсационными. Силовая Электроника. 2014. № 6. С. 66–69. URL: https://www.lem.com/ru/file/4469/download (дата обращения 03.10.2019).
35. Keysight N2780B Series AC/DC Current Probes A wide selection of current probes to meet your application’s needs. Data Sheet. URL: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-6432EN.pdf (дата обращения 03.10.2019).
36. SDS1000X, SDS1000X+ Series. Digital Oscilloscope. DataSheet-2016.05. URL: http://www.amt.cz/info/1/SDS1000XPLUS.pdf (дата обращения 03.10.2019).
37. Data Sheet. Hall Effect Current Sensor. HS-SCH: NP. URL: http://coretech.com.ua/docs/Sensors-hall/coretech-HCS-SH.pdf (дата обращения 03.10.2019).
38. Якимов А.В. Физика шумов и флуктуаций параметров: Электронное учебное пособие. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. 85 с. URL: http://www.lib.unn.ru/students/src/Yakimov_Noise.pdf (дата обращения 03.10.2019).
39. Горшков Б.Л. Методы практического конструирования при нормировании сигналов датчиков. По материалам семинара «Practical design techniques for sensor signal conditioning». Москва: ЗАО АВТЭКС, 2014. 311 с. URL: http://www.autex.spb.su/download/seminar/ad/sensor99rus/s_11.pdf (дата обращения 03.10.2019).

Надійшла 09.10.2019

PDF