2.2.2 Проектування вимірювального кола давача переміщення

Вимірювальне коло акселерометра стосовно до даної задачі повинне відповідати таким умовам: бути простим і компактним для монтажу в обмеженому просторі давача, забезпечувати фільтрацію сигналу прискорення для ослаблення шумів власне акселерометра і шумів, викликаних вібраціями елементів насосної установки та електродвигуна, забезпечувати високу ступінь посилення сигналу з акселерометра , який працює лише в початковій ділянці свого діапазону.

Сучасна елементна база дозволяє частково спростити останню умову за рахунок використання АЦП з високою роздільною здатністю.

При розробці перетворювача було вирішено відмовитись від апаратного інтегрування сигналу прискорення і вирішено використовувати цифрову обробку масиву даних вже в мікроконтролері давача, оскільки в цьому випадку з'являється можливість гнучкого використання різних алгоритмів перетворення сигналів []. З урахуванням вищесказаного була вибрана схема, представлена на рис 2.5.

Рисунок 2.3- Схема вимірювального кола акселерометра

Вихідний сигнал з акселерометра DA1 ADXL103 надходить на неінвертуючий вхід диференціального підсилювача DA2 AD627 через коло R1C1. Включення резистора R1 на землю необхідно для розрядки конденсатора С1. На інвертується вхід підсилювача подається постійна напруга з дільника R2R3 для компенсації постійної складової на виході акселерометра, відповідної воздействующему прискоренню в 1g (викликаної вертикальною орієнтацією осі акселерометра).

Коефіцієнт підсилення DA2 був підібраний експериментально виходячи з прискорень руху штока, динамічного діапазону реального шуму і рівня перешкоди вібрації і приблизно становить 8. Сигнал на вхід АЦП подається через ФНЧ R4C3.

Як показали експериментальні записи прискорень при такому підборі характеристик елементів вимірювального кола забезпечується максимальний розмах вхідного сигналу АЦП без догляду в насичення.

2.2.3 Обробка масиву результатів вимірювання давача переміщення

На рисунку 2.4 представлений отриманий за допомогою акселерометра вихідний сигнал прискорення за два періоди гойдання установки ШГН з ланцюговим приводом.

Рисунок 2.4- Вихідний сигнал прискорення з акселерометра

Сигнал прискорення містить високий рівень шуму, що перевершує корисний сигнал в кілька разів. Так як в умовах спокою давача цей шум відсутній, його природа зумовлена ​​вібраціями і ривками штока насосної установки. Очевидно, що без відповідної математичної обробки сигналу ніякої корисної інформації з цього масиву отримати неможливо. У той же час, як відомо, використання будь-яких фільтрів супроводжується спотвореннями фази сигналу, що призведе до запізнілої фіксації мертвих точок.

Отриманий масив прискорень за період часу, свідомо перевершує один період гойдання, піддається цифровому інтегруванню з використанням методу медіанного фільтра. Отриманий при цьому сигнал швидкості представлений на рисунку 2.5.

Рисунок 2.5- Графік швидкості, отриманий при першому інтегруванні сигналу прискорення

За рахунок перешкод і шумових складових які проявляються при інтегруванні ми отримуємо швидкість, відмінну у відповідні моменти різних періодів гойдання. Таким чином, за цими даними не можна визначити точні значення швидкості руху штока.

На рисунку 2.6 наводиться отриманий при повторному інтегруванні прискорення сигнал переміщення. Переміщення між мертвими точками має лінійний характер, як і повинно бути на установках з ланцюговим приводом, але сигнал змінюється за амплітудою також за рахунок перешкод і шумів.

Таким чином, можна зробити висновок, що по сигналу переміщення не можна з необхідною точністю обчислити довжину ходу штока, але можна фіксувати моменти проходження штоком нижньої і верхньої мертвих точок. Оскільки довжина ходу є величиною постійною для кожної насосної установки, вона може бути задана в програму оператором один раз.

Рисунок 2.6- Кінцевий графік переміщення, отриманий за допомогою подвійного інтегрування сигналу прискорення