Устройство для линеаризации статических характеристик датчиков

СООЗ СОВЕТСНИХ.соцИАлистическияРЕСПУБЛИК А 1 6 Р 15/3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР:.Л 3 Ж гЙЙс У ТЕ К АВТОРСКОМУ зоне. емен в за Цель Бюл. У 37й институт э ктронной В.П 1 ирый ВО ДЛЯ ЛИНЕАРИЗАЦИИ СТАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ 4) УСТРО ТИЧЕСКИХ ХА(57) Иэобр тельной те зовано для я к измерить испольВходнойт датчиков, еристику мо ение относитс же икереоб вани поступающ нейную ха ин ракт ею го вогнутого ви отонно-возрастаю анных ко еньших з ойке змп арительно рассчи ов, что требует ни, чем при наст методами. Исходи та являются табл ния нелинейной х етного датчика. пред циен врем Изобретение отностельной технике и мо ся к измерит быть испол тратричесдля ные статическойки измерител зовано для линеариза нелинейной характери ных преобразователей Целью изобретения ние временных затрат устройства к работе го датчика другим,При замене вышедш чика настройка устро ризации будет заключ задании с помощью спщи данными к чно зада рактерис расч ики ляется сниже конкр ри подготовк замене одно представлена стру ройства для линеа их характеристик 2 - зависимости, п работы устройст На фиг. 1 ная схема ус ции статичес ков; на фиг. няющие принца оя дат- линеаго из с ства дл атчиояса; на ько во блока тьс аль.801597882 данном динамическом диапаизобретения - снижение вр ных затрат при подготовке к работе устройства для линеаризации в случае замены вышедшего из строя датчика. Цель достигается оперативной перенастройкой устройства путем изменения величины предварительно рассчитанных коэффициентов функции преобразования. Принцип работы устройства заключается в том, что в качестве параметра генератораэкспоненциального напряжения выступает выходное напряжение от датчика, которое изменяется в зависимости от измеряемой величины по логарифмическому закону. Тем самым достигается линейная зависимость между измеряемой величиной и выходным напряжением. За счет изменения коэффициентов логарифмической функции удается описать с ее помощью реальные выходные монотонно- возрастающие вогнутого вида характеристики датчиков. 3 ил, 1597882(1) 55 где А и В - коэффициенты; Х - входной параметр. фиг. 3 - реализация отдельных блоков устройства.На Фиг, 3 даны следующие обозначения: а - генератор линейного сигнала; б - логический переключатель; в -5 блок регистрации результата; г - блок задания коэффициентов; д - генератор экспоненциального напряжения.В состав. устройства для линеаризации статических характеристик датчиков входят генератор 1 линейного сигнала, компаратор 2, логический переключатель 3, реверсивный счетчик 4, генератор 5 тактовых импульсов, блок 6 задания коэффициентов, генератор 7 экспоненциального напряжения, блок 8 регистрации.На Фиг. 2 позициями. обозначены: 9 - нелинейная входная характеристи 20 , ка Пзаданная в диапазоне 0, Х,3;10 - выходной сигнал генератора 1 линейного сигнала; 11 - выходной сигнал генератора 7 экспоненциального напряжения; 12 - выходная характерис тика устройства для линеаризации.Генератор 1 линейного сигнала может быть выполнен в виде интегратора ,.на основе операционного усилителя 13, переменного резистора 14 и конденсатора 15 (фиг. За). Логический переключатель 3 может быть получен комбинацией логических элементов И 16 и 17 и НЕ 18 (фиг. Зб). Блок 8 регистрации результата может быть выполнен в видепоследовательно соединенных аналого-цифрового преобразо,вателя (АЦП) 19 и регистра 20 (фиг. Зв). Блок 6 задания коэффициентов может быть выполнен в виде пос 40 ледовательно соединенных источника 22 регулируемого напряжения (ИРН) и переменного резистора 21 (фиг. Зг). Генератор 7 экспоненциального напряжения (фиг. Зд) может быть выполнен45 в виде параллельно соединенных электронного ключа 23 и конденсатора 24.Работа устройства основана на следующих теоретических выкладках, Нелинейную характеристику датчика моноР 50 тонно возрастающего вогнутого вида в заданном динамическом диапазоне (фиг. 2, кривая 9) можно идентифицировать уравнением видаТаким образом, функция (1) для выбранного класса нелинейностей может быть выбрана в качестве структуры для идентификации. Так как коэффициенты в (1) конкретно не указаны, то функцией (1) можно идентифицировать характеристику любого датчика, имеющую монотонно возрастающий вогнутый вид.Линеаризовать характеристику датчика, описываемую функцией (1), можно, применяя для этого функциональный генератор с Функцией преобразования вида: УнЧ=Р (1-е );(2) где Р и О - коэффициенты.Произведя подстановку (1) и (2), получим линейную зависимость Ч от измеряемого параметра Х:Д 8е.Ч: Р (1 еЯ "): ХХ (3)(4) где Р и Я - коэффициенты;- времявходной параметр,Устройство работает следующим образом,Перед началом работы с помощьюблока 6 задания коэффициентов задаются параметры генератора 7 экспоненциального напряжения; максимальноезначение выходного напряжения и скорость его нарастания, предварительно рассчитанные в виде коэффициентовР и , а также угол наклона характеристики генератора 1 линейного сигнала с помощью резистора 14. При этомнеобходимо учитывать что в заданномдинамическом диапазоне 0, Хм 1 П ймакс== " Орх ма кем= П бык макс . ПУсть на входе устройства установилось напряжениесоответствующее измеряемому параметру Х, (фиг. 2, кривая 9). Послезапуска устройства с выхода генератора 1 линейного сигнала на второй входФ при условии А = .Так как коэффициенты Р ине зада" ны в (2) конкретно, то с помощью структуры (2) можно линеаризовать характеристику любого датчика, описываемую (1) .Для.реализации функции (2) в устройстве для линеаризации был создан генератор 7 экспоненциального напряжения с Функцией преобразования вида1597882 компаратора подается напряжение, линейно изменяющееся от времени (фиг. 2,линия 10), а реверсивный счетчик 4начинает считать импульсы, поступающиес выхода генератора 5 тактовых импуль- )1 сов через логический переключатель 3на суммирующий вход счетчика 4. Выходной сигнал генератора 1 линейногосигнала достигает уровня входного10напряжения 0 я, за время= Т М,где- калиброванная длительностьимпульса генератора 5 тактовых импульсов; Н - количество импульсов,подсчитанных счетчиком 4, т,е. время й будет подсчитано и записанов счетчике 4. При равенстве Пя= Пвык 1 произойдет переключение выходного сигнала компаратора 2 с высокого уровня на низкий. Вследствиеэтого выход генератора 5 тактовыхимпульсов с помощью логического переключателя 3 подключится к вычитающему входу реверсивного счетчика 4и запустится генератор 7 экспоненциального напряжения. При этом реверсивный счетчик 4 начинает обратныйотсчет времени, т.е, отдо О, Завремя от г., до О выходное напряжениегенератора 7 экспоненциального напряження (Фиг. 2, кривая 11) возрастетдо уровня ИаПвих =Р (1 - е ),Величина напряжения Б , равна35значению линейного сигнала, соответствующего параметру Х (фиг. 2, линия 12). Напряжение преобразуетсяв цифровую форму и фиксируется в блоке 8 регистрации по сигналу "Окончание счета, поступающему с выхода 6реверсивного счетчика 4. С приходом этого сигнала также осуществляется "Сброс" генератора 1 линейного сигнала и генератора 7 экспоненциального напряжения. Цикл измерения закончен Формула изобретения Устройство для линеаризации ста"тических характеристик датчиков, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор экспоненциального напряжения, компаратор, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью снижения временных затрат при подготовкеустройства к работе, в него введеныблок задания коэффициентов, реверсивный счетчик, логический переключатель,блок регистрации и генератор линейного сигнала, вход которого подключенк потенциальному выходу блока заданиякоэффициентов, а выход - к первомувходу компаратора, второй вход которого является входом устройства, авыход подключен к управляющему входулогического переключателя и управляющему входу генератора экспоненциального напряжения, информационный входкоторого подключен к выходу блоказадания коэффициентов, а выход подключен к первому входу блока регистрации, выход которого является выходом устройства, а управляющий входподключен к выходу реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входыкоторого подключены соответственнок первому и второму выходам логического переключателя, вход которогоподключен к выходу генератора тактовых импульсов,1597882 Аю17 г Составитель В.ГурецкийТехред Л.Олийнык Корректор С.1 е актор Л.Гратилл 6 Тираж 567 ударственного комитета по иэобре 113035, Иосква, Ж, Рауш П водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10.Заказ 305 ВНИИПИ Гос Подписноеиям и открытиям при ГКНТ СЧСя наб., д. 4/5