МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ МЕТРОЛОГІЧНОЇ САМОПЕРЕВІРКИ ПРЕЦИЗІЙНИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ У ПРОЦЕСІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, мету та задачі дослідження. Показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Сформульовано наукову новизну отриманих результатів та їхню практичну цінність, наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію роботи та публікації.

У першому розділі, зважаючи на зростання виробництва АЦП як окремих мікросхем та оснащення АЦП більшості мікроконтролерів, сформульовано наукову проблему, яку вирішено у дисертації, проаналізовано похибки АЦП і методи їх визначення, вказано непридатність цих методів для побудови системи вбудованої метрологічної самоперевірки АЦП і запропоновано напрями вирішення проблеми.

Широкомасштабне тиражування АЦП, особливо в складі мікроконтролерів та вбудованих систем (систем на кристалі, System on Chip), суперечить із:

            Вимогами забезпечення єдності вимірювань та їх метрологічної надійності через збільшення кількості АЦП, що повинні пройти метрологічну перевірку, та обмеженими ресурсами уповноважених метрологічних лабораторій. Автоматизація цієї перевірки є капіталомісткою і загострює інші протиріччя.

            Трудомісткістю метрологічної перевірки АЦП з погляду користувачів (для її проведення треба призупинити експлуатацію ВС, демонтувати АЦП, доставити в метрологічну лабораторію, виконати перевірку, доставити назад, вмонтувати АЦП у ВС та запустити її в експлуатацію). Як випливає з цього, трудомісткість самої метрологічної перевірки АЦП з погляду користувача є невеликою частиною загальної трудомісткості метрологічного обслуговування АЦП.

            Неперервним характером багатьох сучасних технологічних процесів, через що втрати користувача від затримки експлуатації ВС можуть значно перевищувати витрати на метрологічну перевірку АЦП.

            Метрологічною надійністю вимірювань і вибором максимального інтервалу між метрологічними перевірками (ухилянням від метрологічного обслуговування), що підвищує аварійність та небезпеку техногенних катастроф.

            Очікуваним потоком АЦП, що повинні проходити метрологічну перевірку, та дійсними потребами в ресурсах уповноважених лабораторій. Враховуючи вказані вище протиріччя, коректно оцінити кількість АЦП, що потребують перевірки, практично неможливо.

            Експлуатацією щоразу складніших ВС фахівцями невисокої кваліфікації з погляду метрології, які не оцінюють адекватно наслідків метрологічної відмови.

. Багато виробників АЦП характеризують їх параметри недостатньо, наприклад, для АЦП у мікроконтролерах основна увага приділена типу і функціям інтерфейсу.

            Розробленням ВС фахівцями які, в технічній документації плутають точність з розрядністю та не враховують дії впливних величин, або фахівцями з програмного забезпечення, які не звертають уваги на метрологічні параметри.

Відповідно до перелічених протиріч цілі групи АЦП (наприклад, АЦП, що входять у вбудовані ВС автомобілів) не охоплені метрологічним наглядом. Для деяких з цих груп протиріччя між необхідністю метрологічного обслуговування АЦП і ризиком виникнення аварій та техногенних катастроф різко загострюється (зокрема, для ВС, що впливають на здоров’я та безпеку людей) і може призводити до кримінальної відповідальності за недотримання правил техніки безпеки.

Отже, масовий випуск АЦП створює або загострює цілий ряд протиріч. Вони тісно взаємопов’язані, вирішення одного з них не дає змоги істотно покращити ситуацію. Цей комплекс протиріч створює проблему, яку можна сформулювати як забезпечення єдності вимірювань та метрологічної надійності результатів аналого-цифрового перетворення в умовах масового виробництва та використання АЦП. Ця проблема потребує комплексного вирішення і має цілий ряд аспектів – наукові, технічні, організаційні, економічні. У дисертації вирішуються наукові та технічні аспекти цієї проблеми. Основним напрямом вирішення проблеми вибрано оснащення прецизійних АЦП вбудованою системою метрологічної самоперевірки в процесі експлуатації (без переривання їх експлуатації).

Насамперед, проаналізовано відомі методи визначення похибки АЦП у процесі експлуатації. Виявлено, що методи встановлення нуля та калібрування (ВНТК) для системи метрологічної самоперевірки АЦП необхідні, але не достатні. Показано, що: (і) у разі деградації АЦП і елементів, що його супроводжують може зростати також нелінійна складова похибки функції перетворення (ФП) АЦП, яку процедури встановлення нуля та калібрування приховують; (іі) без аналізу нелінійної складової похибки неможливо зробити обґрунтований висновок про доцільність ВНТК (рис. 1). Тому треба доповнити процедури ВНТК процедурами визначення похибки АЦП у середині діапазону перетворення. Згідно з вимогами чинних стандартів ВНТК необхідно доповнити, як мінімум, трьома точками визначення нелінійної складової похибки (для АЦП з неперервною функцією систематичної похибки).