Устройство для измерения физической величины

.Й 2 к измерительпользовано в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе(56) Браславский Д.АКворум элемента дляустройств с функциональной избыточностью. - Системы с переменной структурой иих применение в задачах управления летательными аппаратами, М.: Наука, 1968,с. 277,Браславский Д.А., Петров В.В. Точностьизмерительных устройств, М,: Машиностроение, 1976, с. 183 прототип).54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ57) Изобретение относитсяной технике и может быть ис 0 01 О 21/00, С 05 В 23/О информационно-измерительных системах, Цель изобретения - повышение точности оценки измеряемой физической величины за счет подстройки коэффициентов весового усреднения. Устройство содержит три датчика сигналов 1 - З,.три блока вычитания 4 - 6, двенадцать блоков умножения 7 - 15, 33-35, три источника опорного сигнала 16 - 18, пять блоков сложения 19-21, 32, 36, три кадратора 22 - 24, шесть блоков деления 25 - 27. Принцип действия устройства основан на вычислении разностных величин выходных сигналов и последующего вычисления коэффициентов усреднения по следующей формуле, приведенной в описании, Выходным сигналомстройства является произведение сигнала датчика сигналов на соответствующий коэффициент. 1 ил.(4) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бортовых и наземных информационно-измерительных системах для эксплуатации и испытания летательных аппаратов и их силовых установок,Цель изобретения - повышение точности оценки измеряемой физической величины за счет подстройки коэффициентов весового усреднения,Достигаемый в данном способе комплексного измерения физической величины и устройстве для его реализации положительный эффект обосновывается следующим образом.При измерении физической величины однородными или построенными на различных физических принципах датчиками их выходные электрические сигналы после масштабирования, приводящего сигналы к одному;уровню, равныхф) = х(т)+ пф),х(т) = х(с) + пи(т), где х(т) - сигнал, отражающий истинное значение измеряемой физической величины;х(1) - выходной электрический сигнал 1-го датчика, 1= 1, , й;в(т) - случайная погрешность измерения 1-го датчика, некоррелированная с погрешностями других датчиков; 1 ч - число комплексируемых датчиков. Раэностные сигналы е(с) образуются вычитанием из выходного электрического сигнала 1-го датчика х(т) выходного электрического сигнала)-го датчика х 1 причем Ф) и пары 1, ) не должны повторяться, Общее количество образованных разностей равной е(т) = х(с) - х 1(т) - и(т) - п 1(т). (2) Конкретный вид уравнения (2) определяется выбором пар 1,) и может быть, например, следующиме 1(1)=х 1(1) - х 2(1) ем(1).=п 4 т) - х (с)Разностные сигналы е(1) не содержат составляющих полезного сигнала Х и являются наблюдаемыми величинами, определенными только текущими значениями погрешностей измерения п.Далее согласно предлагаемому способуполучают из разностных сигналов е(1) оцен ки погрешности измерения для каждогодатчика й(1). Записывают систему линейных алгебраических уравнений (4) в матричном виде,Ай=е, (5) 10 где е = (е;(т и й - (пу(т - М - мерныевектор-столбцы;А - квадратная матрица размерностью1 чх 1 ч, полностью определяемой системой (4).15 Например, для М = 3 25 Система (4) является вырожденной, таккак определитель системы равен нулю, беА = 0(8),Таким образом, задача получения оцелнок п(1) из системы (4) является некоррект ной и классическими методами нерешается. Для получения оценок й(с) в данном примере используют метод решения подобных некорректных задач, предложенный М,М.Лаврентьевым, - замена опера торного уравнения А й = е близким ему 9)(8)где а ) 0-числовой параметр;Е - единичная матрица;40 й = (в(и -й - мерный вектор-столбецоценок погрешностей и;(т).Решение операторного уравнения (8) й =(А+а Е)е (9)при соответствующем выборе параметра 45 (по результатам предварительного моделирования или же как предложено в (9) на стр.50), принимается за приближенное решение системы (4), Система (4) тогда заменяется на следующую систему50 еф) -(1+ а) пф) - й 2(с) еф) - (1 + а) йи(с) - й Ф),55 которая уже не является вырожденной. Ееоднозначное решение существует и можетбыть получено любым аналитическим иливычислительным методомУстройство содержит первый, второй,третий датчики 1 - 3 сигналов, первый, второй и третий блоки 4-6 вычитания, первый,второй и третий блоки 7-9 умножения, четвертый, пятый и шестой блоки 10 - 12 умножения, седьмой, восьмой и девятый блоки13 - 15 умножения, первый источник 16 постоянного опорного сигнала, второй источник 17 постоянного опорного сигнала,источник 18 постоянного опорного сигнала,первый блок 19 сложения, второй блок 20сложения, третий блок 21 сложения, первый, второй и третий квадраторы 22-24,первый, второй и третий блоки 25-27 деления, четвертый источник 28 постоянногоопорного сигнала, четвертый, пятый и шестой блоки 29-31 деления, четвертый блок 32сложения, десятый, одиннадцатый и двенадцатый блоки 33 - 35 умножения, пятыйблок 36 сложения,Выходные сигналы делителей 16 - 18должны быть численно равны-- и соответственно,э 1э 1 эПолученное по результатам проведенногона микроЭВМ моделирбвания значение параметра (см. формулу 15) равно 1, 011, 1.При этом обеспечивается устойчивое оценивание погрешности измерения датчиков,Тогда при и" 1,1 величина выходного сигнала равна:для источника 16 постоянного опорногосигнала 3,655;для источника 17 постоянного опорногосигнала 3,323;для источника 18 постоянного опорногосигнала 3,021,Таким образом, величины выходныхсигналов источников 16 - 18 постоянныхопорных сигналов являются вполне определенными, конкретными и неменяющимися впроцессе работы числами, рассчитаннымизаранее, Выходной сигнал источника 28 постоянного опорного сигнала численно равен единице.Устройство работает следующим образом.Выходные сигналы датчиков 1, 2, 3, равные Х 1, Х 2, Хз соответственно, поступают навходы блоков 4-6 вычитания, так что на выходе блоков 4-6 вычитания разностные сигналы каждой пары датчиков е 1, ег, еэе 1- Х 1- ХгегХ 2-Хз (22)еэ" Хз- Х 1.Блоками 7-15 умножения осуществляются умножения выходных сигналов е 1, ег,ез блоков 4 - 6 вычитания на выходные сигналы а 1, аг, аз источников 16-18 постоянно го,опорного сигнала таким образом, что на выходе блоков 7-9 умножения, на первые входы которых поступает выходной сигнал блока 4 вычитания, а на вторые входы -5 выходные сигналы источников 16 - 18 постоянного опорного сигнала соответственно,имеют сигналы Е 1, 22, Ез соответственно,50 55 10 15 20 25 30 35 45 равныеЪ = а 1 е 1; Ег = аг е 1: Ез = аз е 1; (23) на выходе блоков 10 - 12 умножения на первые входы которых поступает выходной сигнал блока 5 вычитания, а на вторые входы - выходные сигналы источников 16-18 постоянного опорного сигнала соответственно, имеют сигналы Уа, 2 Б, 26 соответственно, равныеХ 4 = а 1 е 2; Е 5 = а 2 е 2; Еб = аз е 2: (24) на выходе блоков 13-15 умножения, на первые входы которых поступает выходной сигнал блока 6 вычитания, а на вторые входы - выходные сигналы источников 16 - 18 постоянного опорного сигнала соответственно, имеют сигналы Е 7, 28, Ь соответственно, равныеХ 7 = а 1 ез: Еа = а 2 ез: 29 = аз еэ. (25) Сигналы Е 1, 25, Е 9блоков 7, 11, 15 умножения соответственно суммируются в блоке 19 сложения, выходной сигнал которого й равен с учетом (23), (24), (25) й 1 = 21+ 25+ Е 9 = а 1 е 1+ а 2 е 2+ аз ез. (26)Сигналы Ь, Еа, Еэ блоков 10, 14, 9 умножения соответственно суммируются в блоке 20 сложения, выходной сигнал которого равен с учетом (23), (24), (25)йг =24+ 2 а+ 2 э-а 1 ег+ аг еэ+ аз е 1. (27)Сигналы 27, 22, Еб блоков 13, 8, 12 умножения соответственно суммируются в блоке 21 сложения, выходной сигнал которого равен с учетом (23), (24), (25)аз=27+22+26 = а 1 ЕЭ+ аг Е 1+ аэ Ег. (28)Таким образом, на выходе блоков 19-21 сложения имеют (см, формулу 12, 13, 14) точечные оценки погрешностей п 1, пг. пз датчиков 1-3 соответственно. Выходные сигналы й 1, йг, йз блоков 19- 21 сложения возводятсщ в квадрат квадраторами 22 - 24 соответственно и поступают на первые входы блоков 25-27 деления, соответственно, на вторые входы которых приходит сигнал с источника 28 постоянного опорного сигнала, численно равный единице. Поэтому выходные сигналы блоков 25-27 делен ия ра вн ы1 1п 1Яй 1 соответственно. В блоках 29 - 31 деления выходные сигналы блоков 25-27 деления делятся нв их сумму, получаемую с выхода блока 32 сложения. Выходные сигналы, (30) 40 50 55 Л 1, Лг, Лз блоков 29, 30, 21 деления соответственно будут равны Таким образом, по выходным сигналам п 1, йг, йз блоков 19-21 умножения определяются коэффициенты весового усреднения, численно равные Л 1,Лг,Лз, с помощью квадраторов 22 - 24, блоков 25 - 31 деления, источника 28 постоянного опорного сигнала и блока 32 сложения, Вычисленные сигналы Л 1, Лг, Лз поступают на входы блоков 33-35 умножения соответственно, нэ вторые входы которых приходят сигналы Х 1, Хг, Хз датчиков 1 - 3 соответственно. Выходные сигналы блоков 33 - 35 умножения, которые равны произведениям выходного сигнала датчика на соответствующий сигнал 4, суммируются в блоке 36 сложения, на выходе которого имеют сигнал Х, рав- ный Выходной сигнал Х блока 36 сложения является выходным сигналом всего устройства, Таким образом, показана возможность реализации способа. Необходимо отметить, что данный способ может быть реализован различными методами в зависимости от количества датчиков, структуры линейных безынерционных преобразователей. степени априорной информации о погрешностях измерения отдельных датчиков и т.д,Ф ор мул а изобретения Устройство для измерения физической величины, содержащее первый, второй и третий датчики сигналов и первый блок сложения,отлича ющеес ятем,что,сцелью повышения точности оценки измеряемой физической величины за счет подстройки коэффициентов весового усреднения, в устройство введены с первого по двенадцатый блоки умножения, с первого по четвертый источники постоянного опорного сигнала, с второго по пятый блоки сложения, с первого по третий квадраторы, с первого по шестой блоки деления и с первого по третий блоки вычитания, входы уменьшаемого которых соединены с выходами с первого по третий датчиков сигналов соответственно, входы вычитаемого с первого по третий блоков вычитания соединены с выходами второго, третьего и первого датчиков сигналов соответственно, выход первого блока вычитания - с входами первых сомножителей с первого по третий блоков умножения, выход второго блока вычитания - с входами первых сомножителей с четвертого по шестой блоков умножения, выход третьего блокэ вычитания - 20 с входами первых сомножителей с седьмого по девятый блоков умножения, входы вторых сомножителей первого, четвертого и седьмого блоков умножения соединены с выходом первого источника постоянного опорного сигнала, входы вторых сомножителей второго, пятого и восьмого блоков умножения - с выходом второго источника постоянного опорного сигнала, входы вторых сомножителей третьего, шестого и девятого блоков умножения - с выходом третьего источника постоянного опорного сигнала, выходы первого, пятого и девятого блоков умножения подключены соответственно к входам первого-третьего слагаемых второго блока сложения, выходы третьего,четвертого и восьмого блоков умножения - соответственно к входам первого-третьего слагаемых третьего блока сложения, выходы второго, шестого и седьмого блоков умножения - соответственно к входам первого-третьего слагаемых четвертого блока сложения, выходы второго, третьего и четвертого блоков сложения соединены с входами первого, второго и третьего квадраторов соответственно. выходы которых соединены с входами делителя первого, второго и третьего блоков деления соответственно, входы делимого которых связаны с выходом четвертого источника постоянного опорного сигнала, выходы первого, второго и третьего блоков деления соединены с входами делимого четвертого, пятого и шестого блоков деления соответственно, входы делителя которых связаны с выходом пятого блока сложения, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам первого, второго и третьего блоков деления соответственно, выходы четвертого, пятого и шестого блоков деления соединены с входами первых сомножителей десятого, один1691685 12 Составитель В. ГришинТехред М.Моргентал Корректор С. Черни Редактор И, Касариа Заказ 3921 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 надцатого и двенадцатого блоков умножения соответственно, входы вторых сомножителей которых связаны с выходами первого, второго и третьего датчиков сигналов соответственно, выходы десятого, одиннадцатого и двенадцатого блоков умножения соединены соответственно с входами первого-третьего слагаемых первого блока сложения, выход которого является выхо дом устройства,