Цифровая система измерения и обработки
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Изобретение может быть использовано в автоматизированных системах контроля , информационно-измерительных системах , автоматизированных измерительных комплексах. Цель изобретения повышение точности измерений информационно-измерительных систем за счет использования кусочно-линейной аппроксимации передаточных характеристик датчиков измеряемых величин. Система состоит из датчиков 1, первого 2 и второго 8 коммутаторов, блоков памяти 7 и 9, измерительного блока 3, аналого-цифрового преобразователя 4, сумматора 5, счетчика 6 адреса, регистрирующего блока 10. .Новым в устройстве является наличие в нем цифроаналогового преобразователя 11 и компаратора 12, что позволяет изменять коэффициент преобразования аналоговых сигналов в зависимости от номера участка аппроксимации и уменьшать таким образом влияние нелинейности передаточных характеристик датчиков на погрешность измерений. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. с (Л со СП Ю СП N)
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 Р 15/46
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (61) 877565 (21) 4081989/24-24 (22) 14.05.86 (46) 15.11.87. Бюл. 11 - 42 (72) Г.П. Черный (53) 681.385(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 877565, кл. G 06 F 15146, 1979. (54) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И
ОБРАБОТКИ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Изоб- . ретение может быть использовано в автоматизированных системах контроля, информационно †измерительн системах, автоматизированных измерительных комплексах. Цель иэобретенияповышение точности измерений инфор„„SU» 1352507 А2 мационно-измерительных систем за счет использования кусочно-линейной аппроксимации передаточных характеристик датчиков измеряемых величин.
Система состоит нэ датчиков 1, первого 2 и второго 8 коммутаторов, блоков памяти 7 и 9, измерительного блока 3, аналого-цифрового преобразователя 4, сумматора 5, счетчика
6 адреса, регистрирующего блока 10.
Новым в устройстве является наличие в нем цифроаналогового преобразователя 11 и компаратора 12, что позволяет изменять коэффициент преобразования аналоговых сигналов в зависимости от номера участка аппроксимации и .уменьшать таким образом влияние нелинейности передаточных характеристик датчиков на погрешность измерений. 1 э.п. ф-лы. 2 нл.
l 1352507 2
Изобретение относится к автомати- ветствии с фиг. 2 значение физическе и вычислительной технике, может кой величины быть использовано в системах автоматизации процессов испытания и контроля промышленных объектов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. 11"" 877565.
Цель изобретения — повышение точности систеМы.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемой системы; на фиг. 2 — график аппроксимированной передаточной характеристики датчика.
Система (фиг. 1) содержит М датчиков 1, первый коммутатор 2, измерительный блок 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматор 5, счетчик 6 адреса, дополнительный блок 7 памяти, второй коммутатор 8, N блоков 9 памяти, регистрирующий блок 10, цифроаналоговый преобразователь 11 и компаратор 12, источник 13 опорного напряжения, дискретный делитель 14 напряжения, источник 15 пороговых напряжений, схемы 16 сравнения, элементы НЕ 17, элементы И 18.
График передаточной характеристики датчика (фиг. 2) аппроксимируют кусочно-линейной кривой исходя из следующих предпосылок.
Выходные сигналы датчиков 1 приведены к единому диапазону изменений выходных сигналов у измерительного блока 3, управляемого сигналами дополнительного блока 7 памяти. Укаэанный диапазон разбит на Ь поддиапазонов с граничными значениями у,, о о
У ° ° ° y У
Указанным значениям сигналов у . соответствует ряд значений измеряемых величин хо, х „..., x . Соответствующие пары координат (х; у ), (о. о) (о. о) ки излома аппроксимирующей кривой.
Начальное значение передаточной характеристики обозначено у,. С целью упрощения схемы компаратора 12 граничные значения у, у, ..., у для
scex датчиков выбраны одинаковыми, а ряд соответствующих им значений физических величин x x x для
r-го датчика определяют по его передаточной характеристике и соответствующему коэффициенту передачи измерительного блока 3. Если на выходе блока 3 получен результат у> находящийся в. k-м поддиапазоне (у,,,ñó су„,; 11. = 1, 2, ..., Ь), то в соотх Ог
% о
У„
xor
P-1 х — х " (о 1 k1
У уо уо
1(Ф.-1 у о
К-1
Х 1 1
10 или — Ь„
or
I" х„ где а„— у о
or х„ о
У, „
20 b1, = a 1, У 1 1 X — константы аппроксимации k-го поддиапазона г-го датчика, определяемые передаточной характеристикой r-го датчика и соответствующим ему коэффициентом передачи измерительного блока 3.
Каждому из L поддиапазонов соответствует один из L выходов компаратора 12 и один из L управляющих вхо30 дов дополнительного блока 7 памяти.
Для всех датчиков системы предварительно вычисляют константы а, Ь
r для каждого иэ Ь поддиапазонов.
При настройке системы константы зanисывают в соответствующие ячейки памяти блока 7. Содержимым ячеек памяти блока 7, кроме значений констант а,, Ъ 1,, являются также сим1 волы с идентификации канала, кото40 рые позволяют идентифицировать по
j-ìó номеру канала тип r-го датчика, необходимый оператор обработки измерительной информации, а также необходимый коэффициент передачи измеритель45 ного блока 3. Таким образом, общее количество ячеек памяти блока 7 должно быть не менее M (2Ь+1).
Максимально необходимое число двоичного кода констант а, Ьи может, r составлять и+1, где и-число разрядов выходного кода АЦП 4. Максимальное количество значений, которые могут принимать символы идентификации не более PN, где P — количест5 во дискретных значений коэффициентов измерительного блока 3. Символ идентификации каждого канала определяют при настройке системы исходя из передаточной характерис3 135250 тики выбранного для этого канала датчика 1, коэффициента передачи измерительного блока 3, а также требуемого для этого канала оператора обработки информации. Число основных
5 блоков 9 памяти соответствует числу различных операторов обработки, а содержимым ячеек памяти блоков 9 являются значения измеряемой величины в зависимости у . = f,.(N .+ Ьз), где
1 Т у . — результат измерения по каналу с номером; f; — оператор преобразо1 вания блока 9 памяти с номером i
N — текущий (рабочий) код отсчета т;
АЦП 4; Ь . — значение константы иэ
"J дополнительного блока 7 памяти для измерительного канала с номером j, в котором сигнал у принял значение в поддиапазоне с номером j. Максимально необходимое число ячеек памяти блока 9 для реализации системы может
П -1 составлять не более чем 2
Система работает следующим образом.
При задании адреса измерительного 2Б канала соответствующий сигнал с первого выхода счетчика 6 поступает на управляющий вход первого коммутатора
2 и в дополнительный блок 7 памяти.
В дешифраторе адреса блока 7 памяти этот сигнал является адресом ячейки памяти, содержимое которой (символ идентификации) поступает на первый выход блока 7 памяти. При этом символ идентификации поступает на вход
35 задания типа датчика измерительного блока 3 и на управляющий вход второго коммутатора 8, который коммутирует соответствующий основной блок
9 памяти к выходу сумматора 5. Сиг- . о нал с второго выхода счетчика 6 поступает на управляющий вход измерительного блока 3, задавая необходимый режим его работы. Аналоговый сигнал датчика 1 через первый коммутатор 2 поступает на информационный вход измерительного блока 3, с выхода которого сигнал измерительной информации поступает на входы АЦП 4 и .компаратора 12. В компараторе 12 сигнал измерительной информации сравнивается с.пороговыми значениями напряжений, в результате чего на одном из Ь выходов компаратора 12 появляется сигнал соответствующего k-1 поддиапазона, который приходит на один из L управляющих входов дополнительного блока 7 памяти и разрешает прохождение сигнала с первого вы7
4 хода счетчика 6 адреса на соответствующий дешифратор адреса ячеек памяти блока 7, хранящий константы а „ и b > k-го поддиапазона. Содержимое выбранной пары ячеек, хранящих константы а> и b >, поступает соответственно на третий и второй выходы дополнительного блока 7 памяти и далее на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 11 и второй вход сумматора 5 ° Напряжение с выхода
ЦАП 11, пропорциональное коду константы а, поступает на опорный вход АЦП 4, устанавливая коэффициент передачи АЦП пропорциональным крутизне прямой, аппроксимирующей передаточную характеристику датчика в
k-м поддиапазоне.
Сигнал измерительной информации, преобразованной АЦП 4 в цифровую форму, поступает на первый вход сумматора 5, с выхода которого дискретный сигнал, равный сумме поступивших на его входы сигналов от дополнительного блока 7 памяти (сигнал Ь"„) и от АЦП 4 (сигнал а"„ у„), поступает через коммутатор 8 йа вход блока .9 памяти. Соответствующая выходному сигналу блока 5 ячейка памяти блока 9 возбуждается, ее содержимое как результат измерения в. необходимом для пользования виде поступает на вход регистрирующего бло-... ка 10.
Таким образом, соединение опорного входа АЦП 4 с выходом ЦАП 11, который управляется компаратором 12 через блок 7 питания памяти, хранящий константы аппроксимации передаточных характеристик датчиков, позволяет учесть разброс параметров нелинейности передаточных характеристик и тем самым повысить точность измерений.
Предлагаемое устройство по сравнению с известным характеризуется большой точностью измерений, которая обеспечивается кусочно-линейной аппроксимацией передаточных характеристик датчиков запоминанием параметров аппроксимации по каждому из линейных участков и использованием этих параметров при определении истинных значений измеряемых величин.
В известном устройстве используется линейная аппроксимация передаточных характеристик с запоминанием только одного параметра аппроксимаФормула изобретения
25
Составитель И. Алексеев
Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко
Редактор M. Андрушенко
Заказ 5567/49 Тираж 671 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
5 13525 ции — начально го з наче ния передаточной характеристики. Метод линейной аппроксимации вследствие меньшей информативности по сравнению с методом кусочно-линейной аппроксимации не
5 может эффективно компенсировать погрешность измерений, обусловленную разбросом параметров передаточных характеристик, в частности параметров нелинейности. 10
1. Цифровая система измерения и обработки по авт ° св. 9 877565, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены компаратор и цифроаналоговый преобразователь, выход измерительного блока соединен с входом компаратора, выходы которого подключены к дополнительным адресным входам блока памяти, дополнитель.ные выходы данных которого через
О7 6 цифроаналоговый преобразователь подключены к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя.
2. Система по п. 1, о т л и ч.аю щ а я с я тем, что компаратор содержит источник пороговых напряжений, группу схем сравнения, группу элементов НЕ и группу элементов И, причем вход компаратора соединен с первыми входами соответствующих схем сравнения, каждый выход источника пороговых напряжений соединен с вторым входом соответствующей схемы сравнения, выход каждой схемы сравнения, кроме первой, соединен с первым входом соответствующего элемента И и через соответствующий элемент НЕ— с вторым входом последующего элемента И, выход первой схемы сравнения является одним из выходов группы выходов компаратора, выходы элементов И являются остальными выходами группы выходов компаратора.
