ПЕНЗА, 25 марта. /ТАСС/. Ученые Пензенского государственного университета, подведомственного Минобрнауки России, разработали новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения, который позволит улучшить метрологические характеристики приборов, использующихся в медицине, авиастроении и в быту. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
«Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) готовы предложить промышленности новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения. Они разработали отечественный продукт, превосходящий по некоторым характеристикам зарубежные аналоги», — отметили в пресс-службе.
Разработка ученых позволит сделать любые измерения физических величин точнее. «Изобретение получит широкое применение в медицине, машиностроении, авиастроении, в быту. Кроме того, схема сборки измерительных модулей, использующихся повсеместно, проще, технологичнее и дешевле», — добавили в пресс-службе.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — устройство, преобразующее аналоговый сигнал от датчиков давления, температуры, перемещения, скорости в числовой код. Как сообщил разработчик, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Информационно-вычислительные системы» Пензенского государственного университета Андрей Кузьмин, аналого-цифровые преобразователи — ключевой компонент всех современных технических систем. «Они нужны, чтобы цифровое устройство, в качестве которого может выступать компьютер, медицинский монитор и другая техника, могло воспринять аналоговую информацию. Все, что считывается с измерительного устройства, далее обрабатывается цифровой вычислительной машиной. А она понимает только цифры», — привели слова ученого в пресс-службе Минобрнауки РФ.
АЦП встроены не только в сложные программно-аппаратные комплексы типа бортовой системы управления самолета, но и в бытовую технику — микроволновые печи, индукционные плиты, электронные весы. В настоящее время в мире разработано большое количество различных способов аналого-цифрового преобразования.
Суть разработки.
Научный коллектив Пензенского государственного университета разработал новый способ аналого-цифрового преобразования напряжения. Аналоговый сигнал в процессе аналого-цифрового преобразования проходит три этапа преобразования в числовой код: дискретизация по времени, квантование по уровню и цифровое кодирование. Числовое кодирование аналоговой величины позволяет вводить измерительную информацию в цифровое вычислительное устройство. Оно регистрирует, хранит, обрабатывает кодированную информацию, а также представляет ее в удобной форме для передачи и дальнейшего использования.
По словам кандидата технических наук, доцента кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» Пензенского государственного университета Виктора Баранова, величиной, которая наиболее часто подвергается аналого-цифровому преобразованию, является электрическое напряжение. «Его преобразование основано на сравнении преобразуемого напряжения с одним или несколькими известными опорными напряжениями», — процитировали Баранова в пресс-службе Минобрнауки.
При аналого-цифровом преобразовании аналоговый сигнал разбивается во времени на моменты сравнения преобразуемого и опорного напряжений через фиксированный временной интервал. Это первый этап преобразования — дискретизация по времени. Значения отсчета, полученные в контрольных точках, округляются до ближайшего уровня квантования — это квантование по уровню. На выходе АЦП формирует цифровой код, соответствующий аналоговому сигналу.
В существующих аналого-цифровых преобразователях используется разное число уровней опорного напряжения. Общий недостаток параллельных АЦП в том, что они не могут отследить скачок напряжения, происходящий во временном интервале между моментами сравнения напряжений. Ученые Пензенского государственного университета теперь всегда могут сказать, на каком участке аналогового сигнала произошел скачок напряжения, превышающий размер кванта АЦП.
«Наш способ позволяет заметить и зафиксировать любой скачок преобразуемого напряжения больше размера кванта мгновенно, так как за каждым опорным уровнем система следит отдельно. Поэтому мы претендуем на отсутствие пропусков информации о форме преобразуемого напряжения, так как измеряем длительности всех интервалов времени между моментами равенства преобразуемого напряжения и одного из опорных напряжений», — привели слова Баранова в пресс-службе.
Полученный цифровой код можно использовать сразу для анализа на компьютере. Дополнительной его обработки не требуется.
Применение способа.
Новый способ запатентован разработчиками. Сейчас ученые ведут переговоры с пензенскими предприятиями о создании прототипа программно-аппаратного модуля, реализующего разработанный способ аналого-цифрового преобразования.
Изобретение найдет широкое применение в приборостроении, машиностроении, авиастроении, медицинской и бытовой аппаратуре. Технология производства АЦП потенциально проще и дешевле зарубежных аналогов.
Использование нового способа позволит расширить функциональные возможности и улучшить метрологические характеристики многих приборов. В первую очередь, это обеспечит быстродействие цифровых вольтметров, частотомеров, фазометров, измерителей параметров комплексного сопротивления, электрокардиографов, электроэнцефалографов и другого оборудования.
