Jutiklio charakteristikų tiesinimas

Jutiklio charakteristikų tiesiškumas – jutiklio išėjimo vertės arba jai proporcingo dydžio (analoginis arba skaitmeninis) netiesinis transformavimas, kuriuo pasiekiamas tiesinis ryšys tarp išmatuotos vertės ir ją reprezentuojančios reikšmės.

Linearizacijos pagalba galima pasiekti tiesiškumą antrinio įrenginio, prie kurio prijungtas jutiklis su netiesine charakteristika (pvz., termopora, šiluminė varža, dujų analizatorius, srauto matuoklis ir kt.), skalėje. Jutiklio charakteristikų tiesinimas leidžia gauti reikiamą matavimo tikslumą per antrinius įrenginius su skaitmenine išvestimi. Tai būtina kai kuriais atvejais jungiant jutiklius prie įrašymo įrenginių arba atliekant matematinius veiksmus su išmatuota verte (pvz., integruojant).

Kalbant apie kodavimo įrenginio charakteristiką, linearizacija veikia kaip atvirkštinė funkcinė transformacija.Jei jutiklio charakteristika pavaizduota kaip y = F (a + bx), kur x yra išmatuota vertė, a ir b yra konstantos, tai turėtų atrodyti nuosekliai su jutikliu sujungto linijinio įtaiso charakteristika (1 pav.). taip: z = kF (y), kur F yra atvirkštinė F funkcija.

Dėl to tiesinio keitiklio išvestis bus z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, t.y. išmatuotos vertės tiesinė funkcija.

Ryžiai. 1. Apibendrinta linearizavimo blokinė schema: D — jutiklis, L — tiesinintuvas.

Be to, keičiant mastelį, priklausomybė z sumažinama iki formos z '= mx, kur m yra tinkamas mastelio koeficientas. Jei linijavimas atliekamas kompensaciniu būdu, ty remiantis servo sistema, tokia kaip Fig. 2, tada tiesinės funkcijos keitiklio charakteristika turėtų būti panaši į jutiklio charakteristiką z = cF (a + bx), nes išmatuotos vertės tiesinė vertė paimama iš funkcijos linearizatoriaus keitiklio įvesties ir jo išėjimas lyginamas su jutiklio išvesties reikšme.

Būdingas linijinių keitiklių, kaip funkcinių keitiklių, bruožas yra gana siaura jų atkuriamų priklausomybių klasė, apsiribojanti monotoninėmis funkcijomis, kurią lemia jutiklio charakteristikų tipas.

Ryžiai. 2. Linearizacijos pagal sekimo sistemą blokinė schema: D — jutiklis, U — stiprintuvas (keitiklis), FP — funkcinis keitiklis.

Linearizatoriai gali būti klasifikuojami pagal šiuos kriterijus:

1. Pagal funkcijos nustatymo būdą: erdvinis šablonų, matricų ir kt., netiesinių elementų derinio pavidalu, skaitmeninio skaičiavimo algoritmo pavidalu, įrenginiai.

2.Pagal schemos lankstumo laipsnį: universalus (ty perkonfigūruojamas) ir specializuotas.

3. Pagal konstrukcinės schemos pobūdį: atviras (1 pav.) ir kompensacinis (2 pav.) tipas.

4. Įvesties ir išvesties reikšmių forma: analoginė, skaitmeninė, mišri (analoginė-skaitmeninė ir skaitmeninė-analoginė).

5. Pagal grandinėje naudojamų elementų tipą: mechaniniai, elektromechaniniai, magnetiniai, elektroniniai ir kt.

Erdvinių funkcijų linijavimo įtaisai pirmiausia apima kumštelių mechanizmus, modelius ir nelinijinius potenciometrus. Jie naudojami tais atvejais, kai kiekvienos konversijos pakopos išmatuota vertė pateikiama mechaninio judėjimo forma (kumšteliai - manometrinių ir transformatorių daviklių charakteristikoms tiesuoti, modeliai - registratoriuose, netiesiniuose potenciometruose - potencialo ir tilto grandinėse ).

Potenciometro charakteristikų netiesiškumas pasiekiamas vyniojant ant profiliuotų rėmų ir pjūviu naudojant gabalinio linijinio aproksimavimo metodą, manevruojant sekcijas su tinkamomis varžomis.

Linearizatoriuje, kurio pagrindas yra potenciometrinio tipo elektromechaninė servo sistema, naudojanti netiesinį potenciometrą (3 pav.), tiesinė vertė rodoma kaip sukimosi kampas arba mechaninis poslinkis. Šie linijiniai įtaisai yra paprasti, universalūs ir plačiai naudojami centralizuotose valdymo sistemose.

Ryžiai. 3. Linearizatorius potenciometrinio tipo elektromechaninei servosistemai: D — jutiklis su nuolatinės įtampos išėjimu, Y — stiprintuvas, M — elektros variklis.

Atskirų elementų (elektroninių, magnetinių, šiluminių ir kt.) charakteristikų netiesiškumas naudojami parametriniuose funkciniuose keitikliuose. Tačiau tarp jų sukurtų funkcinių priklausomybių ir jutiklių charakteristikų dažniausiai neįmanoma pasiekti visiško atitikimo.

Skaitmeniniuose funkcijų keitikliuose naudojamas algoritminis funkcijos nustatymo būdas. Jų pranašumai yra didelis tikslumas ir charakteristikų stabilumas. Juose naudojamos atskirų funkcinių priklausomybių matematinės savybės arba tiesinio aproksimavimo dalimis principas. Pavyzdžiui, parabolė sukurta remiantis sveikųjų skaičių kvadratų savybėmis.

Pavyzdžiui, skaitmeninis linearizatorius yra pagrįstas gabalų tiesinės aproksimacijos metodu, kuris veikia artėjančių segmentų užpildymo skirtingo pasikartojimo dažnio impulsais. Užpildymo dažniai keičiasi šuoliais artėjančių atkarpų ribiniuose taškuose pagal į įrenginį įdėtą programą pagal netiesiškumo tipą. Tada tiesinis dydis konvertuojamas į vienetinį kodą.

Dalinis tiesinis netiesiškumo aproksimavimas taip pat gali būti atliktas naudojant skaitmeninį tiesinį interpoliatorių. Tokiu atveju interpoliacijos intervalų užpildymo dažniai išlieka pastovūs tik vidutiniškai.

Dalių tiesinio aproksimavimo metodu pagrįstų skaitmeninių tiesijerių privalumai yra šie: sukaupto netiesiškumo perkonfigūravimo paprastumas ir perjungimo iš vieno netiesiškumo į kitą greitis, o tai ypač svarbu didelės spartos centralizuoto valdymo sistemose.

Sudėtingose ​​valdymo sistemose, kuriose yra universalūs skaičiuotuvai, mašinos, linijavimas gali būti atliekamas tiesiai iš šių mašinų, kuriose funkcija yra įterpta atitinkamos paprogramės pavidalu.