Utilization of Nonlinear Processes in Dynamic Systems for Efficiency Enhancement of Measuring Devices
Vasily Belozerskikh, Victor Sedalischev, Сергеева Яна Сергеевна · Izvestiya of Altai State University · 2016
Обоснована целесообразность использования нелинейных процессов в сложных динамических системах с целью повышения эффективности измерительных устройств на их основе. Приведен анализ чувствительности и избирательной способности резонансных методов измерения, в том числе с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных структурах. Показано, что существуют определенные частоты колебаний, при которых одновременно могут обеспечиваться режимы высокой чувствительности к изменению одних параметров колебательной системы датчика и низкой чувствительности — к изменению других ее параметров. На основании этого сделан следующий вывод: оптимизируя конструкцию и режим работы измерительного преобразователя, можно обеспечить не только высокую чувствительность, но и эффективность (избирательность) измерительного процесса. Показано, что в системах с одной степенью свободы высокая эффективность измерения емкости конденсатора достигается при использовании в качестве выходного сигнала датчика напряжения на индуктивности, а измерение индуктивности — по напряжению на конденсаторе эквивалентной схемы замещения измерительного преобразователя. В системах с двумя степенями свободы режимы высокой чувствительности и эффективности измерения обеспечиваются при возбуждении колебаний на соответствующих нормальных частотах синхронизации системы. Ключевые слова: связанные колебания, амплитудночастотная характеристика, динамическая система, резонанс, чувствительность, эффективность. In this paper, the usefulness of nonlinear processes in complex dynamic systems for efficiency enhancement of measuring devices based on such systems is substantiated. The analysis of sensitivity and selectivity of resonance measurement techniques including ones based on coupled oscillations in piezoresonance structures is provided. It is demonstrated that there are certain specific oscillation frequencies with high sensitivity to changes in several parameters of sensor oscillation system and low sensitivity to changes in other parameters simultaneously. Thus, it is concluded that optimizing design and operational modes of measuring device would provide the possibility to enhance sensitivity and selectivity of a measurement process. It is shown that one-degree-of freedom systems are capable of producing highly efficient capacity measurement of a capacitor when the sensor output is the voltage on inductance; and inductance measurement when sensor output is the capacitor voltage in the equivalent circuit of the sensor. Two-degree-of-freedom systems demonstrate high efficiency and sensitivity for frequencies that correspond to normal synchronization frequencies of the systems.