izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-1-41-45izmertech-1528Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSАлгоритм синхронизации результатов измерений положения электромеханической системы и электродвижущей силы индукции при реализации динамического режима весов КибблаAlgorithm for synchronizing the results of measurements of position and EMF of induction in the implementation of the calibration mode of the Kibble balancehttps://orcid.org/0000-0003-0028-0324МарковА. Ф.MarkovA. F.

Андрей Федорович Марков

Санкт-Петербург

Andrei F. Markov   

St. Petersburg

a.f.markov@vniim.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9163-7186ХвостовВ. А.KhvostovV. A.

Вадим Андреевич Хвостов

Санкт-Петербург

Vadim A. Khvostov  

St. Petersburg

v.a.khvostov@vniim.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleyev Institute for Metrology (VNIIM)Russian Federation202218042023014145Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1528

Разработан алгоритм синхронизации результатов измерений электродвижущей силы индукции и положения катушки электромеханической системы при реализации динамического режима весов Киббла. Данный алгоритм позволяет привести ряды данных к общей временно́й шкале без применения аппаратных средств синхронизации устройств сбора данных. Алгоритм основан на применении метода численного дифференцирования результатов измерений с помощью фильтрации Савицкого-Голея, выборе и минимизации методом градиентного спуска специальной целевой функции в виде стандартного отклонения между преобразованными в результате дифференцирования и последующей интерполяции временными значениями электродвижущей силы катушки и соответствующими значениями скорости перемещения катушки. Предложенный алгоритм обработки результатов измерений положения и электродвижущей силы индукции катушки экспериментально опробован в рамках научно-исследовательской работы «Баланс». Результаты измерений получены с помощью входящих в состав макета весов Киббла средств измерений с асинхронными интерфейсами. Применение алгоритма позволило более чем в 10 раз уменьшить погрешность обработки экспериментальных данных, связанную с отсутствием синхронизации результатов измерений положения и электродвижущей силы индукции катушки, полученных в динамическом режиме работы созданного макета весов Киббла.

An algorithm for synchronizing the results of measuring the position of the coil of an electromechanical system (EMS) with measurements of the electromotive force (EMF) of the induction of the EMS coil when implementing the dynamic mode of the Kibble balance has been developed. This algorithm allows the data sets to be scaled to a common time scale without the use of hardware synchronization of data acquisition devices. The algorithm is based on using of the method of numerical differentiation of measurement results using Savitsky-Golay filtering, the selection and minimization of a special objective function by the gradient descent method in the form of a standard deviation between the time values of the EMF of the EMS coil converted as a result of differentiation and subsequent interpolation and the corresponding values of the movement speed the EMS coil. During “Balance” research work, experimental studies were carried out to test the algorithm for processing the results of measurements of the position of the EMS coil and the EMF of the induction of the EMS coil, obtained using the measuring instruments with asynchronous interfaces included in the Kibble balance model. Using the algorithm provides tenfold reducing of the error of the experimental data processing results, due to the lack of synchronization of the results of measurements of the position of the EMS coil and the EMF of the induction of the coil, obtained in the dynamic mode of operation of the created model of the Kibble balance.

весы Киббласинхронизация измеренийчисленное дифференцированиеметод градиентного спускаасинхронный интерфейсKibble balancemeasurement synchronizationnumerical differentiationgradient descent methodasynchronous interfaceработа выполнена в рамках НИР «Исследование путей создания эталона килограмма на основе ватт-весов», шифр «Баланс» (государственный контракт № 120-85/2020 от 15.09.2020 г.).the work was carried out within the research project “Research of ways to create a standard kilogram based on watt-balance”, cipher “Balance” (state contract № 120-85/2020 from 15.09.2020).ReferencesProceedings of the 26th meeting of the General Conference on Weights and Measures, Versailles, Novermber 13–16, 2018.Proceedings of the 26th meeting of the General Conference on Weights and Measures, Versailles, Novermber 13–16, 2018.Robinson Ian A., Schlamminger S., Metrologia, 2016, vol. 53, pp. A46–A74. http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/53/5/A46Robinson Ian A., Schlamminger S., Metrologia, 2016, vol. 53, pp. A46–A74. http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/53/5/A46Mester C., Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. http://dx.doi.org/10.1109/CPEM.2018.8501165Mester C., Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 2018, pp. 1–2. http://dx.doi.org/10.1109/CPEM.2018.8501165Ahnert K., Abel M., Computer Physics Communications, 2007, vol. 177, pp. 764–774. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2007.03.009Ahnert K., Abel M., Computer Physics Communications, 2007, vol. 177, pp. 764–774. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2007.03.009Nocedal J., Wright S. J., Numerical Optimization, Springer New York, 2006, 634 p. http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-40065-5Nocedal J., Wright S. J., Numerical Optimization, Springer New York, 2006, 634 p. http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-40065-5Harris C. R., Millman K. J., van der Walt S. J., et al., Nature, 2020, vol. 585, pp. 357–362. http://dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2Harris C. R., Millman K. J., van der Walt S. J., et al., Nature, 2020, vol. 585, pp. 357–362. http://dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.