Амплитудно-фазовый метод толщинометрии с восстановлением формы сигнала преобразователя способом мгновенных выборок

Описанный выше способ реализации амплитудно-фазового метода с использованием синхронного детектора отличается высокой точностью. Так же с этим способом возможна реализация толщиномера для проведения измерений на высоких частотах возбуждения преобразователя, однако использование синхронного детектора значительно усложняет схему толщиномера. При этом существует ряд задач толщинометрии, в которых не требуется использование высоких частот возбуждения. Для решения этих задач возможно использование толщиномера, реализующего амплитудно-фазовый метод с восстановлением разностного напряжения преобразователя способом мгновенных выборок. На рис. 2.78 изображена структурная схема такого толщиномера

Рис. 2.78. Структурная схема толщиномера, реализующего амплитудно-фазовый метод с восстановлением разностного напряжения

преобразователя способом мгновенных выборок:

УВ, УП – усилители, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь,

АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЦПУ – центральное процессорное устройство, ОЗУ – оперативное запоминающее устройство,

УПИ – универсальный последовательный интерфейс

Быстродействующий ЦАП микроконтроллера формирует периодический сигнал, который после усиления встроенным усилителем УВ подается на обмотку возбуждения W_в. С измерительной обмотки W_и разностное напряжение ∆u(t) усиливается встроенным усилителем УП. Усиленное напряжение u_сигн(t) и подается на быстродействующий АЦП. Используя устройство выборки-хранения АЦП производятся многократные измерения мгновенного значения напряжения в разные моменты времени. При этом, за время некоторого количества периодов частоты производятся измерения мгновенных значений напряжения u_сигн(t) в разных, точно определенных временных интервалах. Это так называемое измерение параметров напряжения «в эквивалентном времени». На основе полученных результатов в памяти микроконтроллера восстанавливается форма оцифрованного напряжения u_сигн(t). Для уменьшения влияния электрических помех и ошибок квантования АЦП производится многократное осреднение полученного результата. После осреднений производится вычисление реальной и мнимой составляющей напряжения u_сигн(t). Полученные данные используются для вычисления значений толщины покрытия по алгоритму, близкому к описанному в предыдущем разделе.

Электронная схема упрощается настолько, что для её построения достаточно двух микросхем, а сама печатная плата с установленными на нее элементами, для уменьшения влияния помех на соединительные проводники, может располагаться в корпусе преобразователя.

Толщиномер, реализованный таким способом, не способен работать на высоких частотах. Максимальная частота возбуждения, при использовании серийно выпускающихся микроконтроллеров, не превышает 100 кГц.