Features of the angular speed dynamic measurements with the use of an encoder

• Autorzy: Kukharchuk Vasyl V. , Wójcik Waldemar , Pavlov Sergii V. , Katsyv Samoil Sh. , Holodiuk Volodymyr S. , Reyda Oleksandr , Kozbakova Ainur , Borankulova Gauhar

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.3035

Warianty tytułu

PL

Cechy pomiarów dynamicznych prędkości kątowej z wykorzystaniem enkodera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based on the most significant features of the angular velocity dynamic measurements selected by the authors, the main phases of measuring information transformation were established, which allowed to obtain new mathematical models in the form of transformation function, equations for estimating quantization errors, analytical dependences for measuring range that are initial for modeling physical processes occurring in such digital measuring channels with microprocessor control. The process of converting an analog quantity into a binary code is analytically described, an equation for estimating the absolute and relative quantization error is obtained and a measurement range is established, which provides a normalized value of relative quantization error for angular velocity measuring channels with encoder. For the first time, the equation of sampling error was obtained, and it was proved that the limiting factor of the angular velocity measurements upper limit is not only the normalized value of quantization error, as previously thought, but also the value of sampling frequency fD. Therefore, to expand the measurement range (by increasing the upper limit of measurement), it is proposed not only to increase the speed of analog-to-digital conversion hardware, but also to reduce the execution time of software drivers for transmitting measurement information to RAM of microprocessor system. For this purpose, the analytical dependences of estimating the upper limit of measurement based on the value of the sampling step for different modes of measurement information transmission are obtained. The practical implementation of the software mode measurement information transmission is characterized by a minimum of hardware costs and maximum execution time of the software driver, which explains its low speed, and therefore provides a minimum value of the upper limit measurement. In the interrupt mode, the upper limit value of the angular velocity measurement is higher than in the program mode due to the reduction of the software driver’s execution time (tFl = 0). The maximum value of the angular velocity measurements upper limit can be achieved using the measurement information transmission in the mode of direct access to memory (DMA) by providing maximum speed in this mode (tFl = 0, tDR = 0). In addition, the application of the results obtained in the work allows at the design stage (during physical and mathematical modeling) to assess the basic metrological characteristics of the measuring channel, aimed at reducing the development time and debugging of hardware, software, and standardization of their metrological characteristics.

PL

Na podstawie najistotniejszych cech dynamicznych pomiarów prędkości kątowej ustalono główne fazy transformacji informacji pomiarowej, co pozwoliło na uzyskanie nowych modeli matematycznych w postaci funkcji transformacji, równań do szacowania błędów kwantyzacji, analitycznych zależności dla zakresu pomiarów, które są podstawą do modelowania procesów fizycznych zachodzących w takich cyfrowych kanałach pomiarowych ze sterowaniem mikroprocesorowym. analitycznie opisano proces konwersji wartości analogowej na kod binarny Po raz pierwszy otrzymano równanie błędu próbkowania i udowodniono, że czynnikiem ograniczającym górną granicę pomiarów prędkości kątowej jest nie tylko znormalizowana wartość błędu kwantyzacji, jak sądzono wcześniej, ale także wartość częstotliwości próbkowania fD. Dlatego w celu rozszerzenia zakresu pomiarowego (poprzez zwiększenie górnej granicy pomiaru) proponuje się nie tylko zwiększenie szybkości działania sprzętu do konwersji analogowo-cyfrowej, ale również skrócenie czasu wykonania sterowników programowych do transmisji informacji pomiarowej do pamięci RAM systemu mikroprocesorowego. w tym celu uzyskano analityczne zależności górnej granicy pomiaru od wartości kroku próbkowania dla różnych trybów transmisji informacji pomiarowej. W trybie przerwania górna wartość graniczna pomiaru prędkości kątowej jest wyższa niż w trybie programu ze względu na skrócenie czasu wykonania sterownika programowego (tFl = 0). Maksymalną wartość górnej granicy pomiaru prędkości kątowej można uzyskać przesyłając informacje pomiarowe w trybie bezpośredniego dostępu do pamięci (DMA) zapewniając maksymalną prędkość w tym trybie (tFl = 0, tDR = 0). Ponadto zastosowanie uzyskanych w pracy wyników pozwala na etapie projektowania (podczas modelowania fizycznego i matematycznego) na ocenę głównych cech metrologicznych kanału pomiarowego, co ma na celu skrócenie czasu rozwoju i debugowania sprzętu, oprogramowania oraz standaryzacji ich cech metrologicznych.

Słowa kluczowe

EN

angular velocity; encoder; quantization; sampling; angular velocity measuring channel; transformational function

PL

prędkość kątowa; enkoder; kwantyzacja; próbkowanie; kanał pomiaru prędkości kątowej; funkcja konwersji

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 12, nr 3
• Strony: 20--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kukharchuk Vasyl V.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9920-2726

autor

Wójcik Waldemar

• Lublin University of Technology, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6473-9627

autor

Pavlov Sergii V.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-0051-5560+

autor

Katsyv Samoil Sh.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1375-5229

autor

Holodiuk Volodymyr S.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2449-5488

autor

Reyda Oleksandr

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-8231-6268

autor

Kozbakova Ainur

• Almaty Technological University, Institute of Information and Computational Technologies MES CS RK, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0002-5213-4882

autor

Borankulova Gauhar

• Taraz Regional University M. Kh. Dulaty, Taraz, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0001-5701-8074

Bibliografia

• [1] Azarov A. D. et al.: Class of numerical systems for pipe-line bit sequential development of multiple optoelectronic data streams. Proc. SPIE 4425, 2001, 406–409.
• [2] Azarov O. D. et al.: Static and dynamic characteristics of the self-calibrating multibit ADC analog components. Proc. SPIE 8698, 2012, 86980N.
• [3] DSTU 2681-94. Metrology. Terms and definitions. Kyiv: State Standard of Ukraine, 1994.
• [4] Kolobrodov V. G. et al.: Physical and mathematical model of the digital coherent optical spectrum analyzer. Optica Applicata 47(2), 2017, 273–282.
• [5] Kolobrodov V. G. et al.: The diffraction limit of an optical spectrum analyzer. Proc. SPIE 9809, 2015, 98090F.
• [6] Kukharchuk V. V. et al.: Discrete wavelet transformation in spectral analysis of vibration processes at hydropower units. Przegląd Elektrotechniczny 93(5), 2017, 65–68.
• [7] Kukharchuk V. V. et al.: Information Conversion in Measuring Channels with Optoelectronic Sensors. Sensors 22(271), 2022 [http://doi.org/10.3390/s22010271].
• [8] Kukharchuk V. V. et al.: Method of magneto-elastic control of mechanic rigidity in assemblies of hydropower units. Proc. SPIE 10445, 2017, 104456A.
• [9] Kukharchuk V. V. et al.: Noncontact method of temperature measurement based on the phenomenon of the luminophor temperature decreasing. Proc. SPIE 10031, 2016, 100312F.
• [10] Kukharchuk V. V. et al.: Torque measuring channels: dynamic and static metrological characteristics. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 3, 2020, 82–85.
• [11] Kvyetnyy R. et al.: Modification of fractal coding algorithm by a combination of modern technologies and parallel computations. Proc. SPIE 9816, 2015, 98161R.
• [12] Murzenko O., et al.: Application of a combined approach for predicting a peptide-protein binding affinity using regulatory regression methods with advance reduction of features. 10th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications IDAACS 2019, 1, 8924244, 431–435.
• [13] Ornatsky P. P.: Automatic measurements and instruments. Higher School, Kiev 1980.
• [14] Ornatsky P. P.: Theoretical foundations of information and measurement technology. Higher school, Kiev 1983.
• [15] Osadchuk A. et al.: Pressure transducer of the on the basis of reactive properties of transistor structure with negative resistance. Proc. SPIE 9816, 2015, 98161C.
• [16] Ostafiev V. A. et al.: Laser diffraction method of surface roughness measurement. Journal of Materials Processing Technology 63(1–3), 1997, 871–874.
• [17] Podzharenko V. O., Kukharchuk V. V.: Measurement and Computer Measurement Technology: A Tutorial. UMKVO, Kiev 1991.
• [18] Sena L. A.: Units of physical quantities and their dimensions. Nauka, Moscow 1977.
• [19] Trishch R. et al.: Methodology for multi-criteria assessment of working conditions as an object of qualimetry. Engineering Management in Production and Services 13(2), 2021, 107– 141.
• [20] Trishch R. et al.: Qualimetric method of assessing risks of low quality products. MM Science Journal 2021, 4769–4774.
• [21] Tymchik G. S. et al.: Diagnosis abnormalities of limb movement in disorders of the nervous system. Proc. SPIE 104453, 2017, 104453S.
• [22] Tymchik G. S. et al.: Distortion of geometric elements in the transition from the imaginary to the real coordinate system of technological equipment. Proc. SPIE 10808, 2018, 108085C.
• [23] Vedmitskyi Y. G. et al.: New non-system physical quantities for vibration monitoring of transient processes at hydropower facilities, integral vibratory accelerations. Przegląd Elektrotechniczny 95(3), 2017, 69–72.
• [24] Volodarsky E. T. et al.: Metrological support of measurements and control: A textbook. VSTU, Vinnytsia 2001.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).