Linearisasi ciri sensor

Linearisasi ciri sensor — transformasi bukan linear bagi nilai keluaran sensor atau kuantiti yang berkadar dengannya (analog atau digital) yang mencapai hubungan linear antara nilai yang diukur dan nilai yang mewakilinya.

Dengan bantuan linearisasi, adalah mungkin untuk mencapai kelinearan pada skala peranti sekunder yang mana penderia dengan ciri bukan linear disambungkan (contohnya termokopel, rintangan haba, penganalisis gas, meter aliran, dll.). Linearisasi ciri sensor memungkinkan untuk mendapatkan ketepatan pengukuran yang diperlukan melalui peranti sekunder dengan output digital. Ini adalah perlu dalam sesetengah kes apabila menyambungkan penderia kepada peranti rakaman atau semasa menjalankan operasi matematik pada nilai yang diukur (cth penyepaduan).

Dari segi ciri pengekod, linearisasi bertindak sebagai transformasi fungsi songsang.Jika ciri penderia diwakili sebagai y = F (a + bx), dengan x ialah nilai yang diukur, a dan b ialah pemalar, maka ciri linearizer yang disambungkan secara bersiri dengan penderia (Rajah 1) sepatutnya kelihatan seperti ini: z = kF (y), dengan F ialah fungsi songsang bagi F.

Akibatnya, keluaran linearizer akan menjadi z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, iaitu fungsi linear bagi nilai yang diukur.

nasi. 1. Gambar rajah blok linearisasi umum: D — sensor, L — linearizer.

Tambahan pula, dengan penskalaan, pergantungan z dikurangkan kepada bentuk z '= mx, di mana m ialah faktor skala yang sesuai. Jika linearisasi dilakukan dengan cara pampasan, iaitu berdasarkan sistem servo seperti Rajah. 2, maka ciri penukar fungsi linearisasi harus sama dengan ciri sensor z = cF (a + bx), kerana nilai linearisasi nilai diukur diambil daripada input penukar linearizer fungsi dan output dibandingkan dengan nilai output sensor.

Ciri ciri linearizer sebagai penukar berfungsi ialah kelas kebergantungan yang agak sempit yang dihasilkan semula oleh mereka, terhad kepada fungsi monotonik, yang ditentukan oleh jenis ciri penderia.

nasi. 2. Gambar rajah blok linearisasi berdasarkan sistem penjejakan: D — sensor, U — penguat (transduser), FP — penukar berfungsi.

Linearizers boleh dikelaskan mengikut kriteria berikut:

1. Mengikut kaedah menetapkan fungsi: spatial dalam bentuk templat, matriks, dan lain-lain, dalam bentuk gabungan unsur-unsur bukan linear, dalam bentuk algoritma pengiraan digital, peranti.

2.Mengikut tahap fleksibiliti skim: universal (iaitu, boleh dikonfigurasikan semula) dan khusus.

3. Dengan sifat rajah struktur: jenis terbuka (Rajah 1) dan pampasan (Rajah 2).

4. Dalam bentuk nilai input dan output: analog, digital, campuran (analog-digital dan digital-analog).

5. Mengikut jenis elemen yang digunakan dalam litar: mekanikal, elektromekanikal, magnetik, elektronik, dsb.

Penggaris fungsi spatial terutamanya termasuk mekanisme cam, corak dan potensiometer bukan linear. Ia digunakan dalam kes di mana nilai terukur setiap peringkat penukaran dibentangkan dalam bentuk pergerakan mekanikal (cam — untuk linearisasi ciri-ciri sensor manometrik dan transformer, model — dalam perakam, potensiometer bukan linear — dalam litar potensi dan jambatan. ).

Ketaklinieran ciri potensiometer dicapai dengan menggulung pada bingkai berprofil dan keratan menggunakan kaedah penghampiran linear sekeping dengan menggerakkan bahagian dengan rintangan yang sesuai.

Dalam linearizer berdasarkan sistem servo elektromekanikal jenis potensiometri menggunakan potensiometer bukan linear (Rajah 3), nilai linear muncul sebagai sudut putaran atau anjakan mekanikal. Linearizer ini mudah, serba boleh dan digunakan secara meluas dalam sistem kawalan berpusat.

nasi. 3. Linearizer untuk sistem servo elektromekanikal jenis potensiometri: D - sensor dengan output dalam bentuk voltan DC, Y - penguat, M - motor elektrik.

Ketidak-linearan bagi ciri-ciri unsur individu (elektronik, magnetik, haba, dsb.) digunakan dalam penukar fungsi parametrik. Walau bagaimanapun, antara kebergantungan fungsi yang mereka bangunkan dan ciri-ciri penderia, biasanya tidak mungkin untuk mencapai padanan yang lengkap.

Cara algoritma untuk menetapkan fungsi digunakan dalam penukar fungsi digital. Kelebihan mereka adalah ketepatan yang tinggi dan kestabilan ciri. Mereka menggunakan sifat matematik kebergantungan fungsi individu atau prinsip penghampiran linear mengikut bahagian. Sebagai contoh, parabola dibangunkan berdasarkan sifat segi empat sama integer.

Sebagai contoh, linearizer digital adalah berdasarkan kaedah penghampiran linear sekeping, yang berfungsi pada prinsip mengisi segmen yang menghampiri dengan denyutan kadar ulangan yang berbeza. Frekuensi pengisian berubah dalam lompatan pada titik sempadan segmen yang menghampiri mengikut program yang dimasukkan ke dalam peranti mengikut jenis tidak linear. Kuantiti linear kemudiannya ditukar kepada kod unitari.

Penghampiran linear separa bagi ketaklinieran juga boleh dilakukan menggunakan interpolator linear digital. Dalam kes ini, kekerapan pengisian selang interpolasi kekal malar hanya secara purata.

Kelebihan linearizer digital berdasarkan kaedah penghampiran linear bahagian ialah: kemudahan konfigurasi semula ketaklinearan terkumpul dan kelajuan bertukar daripada satu bukan linear kepada yang lain, yang amat penting dalam sistem kawalan terpusat berkelajuan tinggi.

Dalam sistem kawalan kompleks yang mengandungi kalkulator sejagat, mesin, linearisasi boleh dilakukan terus dari mesin ini, di mana fungsi itu dibenamkan dalam bentuk subrutin yang sepadan.