Sensoru raksturlielumu linearizācija

Sensora raksturlielumu linearizācija — sensora izejas vērtības vai tai proporcionāla lieluma (analogā vai digitālā) nelineāra transformācija, kas panāk lineāru sakarību starp izmērīto vērtību un to attēlojošo vērtību.

Ar linearizācijas palīdzību ir iespējams panākt linearitāti sekundārās ierīces mērogā, kuram pievienots sensors ar nelineāru raksturlielumu (piem., termopāris, termiskā pretestība, gāzes analizators, plūsmas mērītājs u.c.). Sensoru raksturlielumu linearizācija ļauj iegūt nepieciešamo mērījumu precizitāti, izmantojot sekundārās ierīces ar digitālo izvadi. Tas ir nepieciešams dažos gadījumos, pievienojot sensorus ierakstīšanas ierīcēm vai veicot matemātiskas darbības ar izmērīto vērtību (piemēram, integrāciju).

Runājot par kodētāja raksturlielumiem, linearizācija darbojas kā apgriezta funkcionāla transformācija.Ja sensora raksturlielums ir attēlots kā y = F (a + bx), kur x ir izmērītā vērtība, a un b ir konstantes, tad ar sensoru virknē savienotā linearizatora raksturlielumam (1. att.) vajadzētu izskatīties. šādi: z = kF (y), kur F ir F apgrieztā funkcija.

Rezultātā linearizatora izvade būs z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, t.i., izmērītās vērtības lineāra funkcija.

Rīsi. 1. Vispārināta linearizācijas blokshēma: D — sensors, L — linearizators.

Turklāt, mērogojot, atkarība z tiek samazināta līdz formai z '= mx, kur m ir atbilstošais mēroga koeficients. Ja linearizācija tiek veikta kompensējošā veidā, t.i., pamatojoties uz servo sistēmu, piemēram, att. 2, tad linearizējošās funkcijas pārveidotāja raksturlielumam jābūt līdzīgam sensora raksturlielumam z = cF (a + bx), jo izmērītās vērtības linearizētā vērtība tiek ņemta no funkcijas linearizatora pārveidotāja ieejas un tā izvade tiek salīdzināta ar sensora izejas vērtību.

Linearizatoru kā funkcionālo pārveidotāju raksturīga iezīme ir salīdzinoši šaura to atveidoto atkarību klase, kas aprobežojas ar monotoniskām funkcijām, ko nosaka sensora raksturlielumu veids.

Rīsi. 2. Linearizācijas blokshēma, pamatojoties uz izsekošanas sistēmu: D — sensors, U — pastiprinātājs (pārveidotājs), FP — funkcionālais pārveidotājs.

Linearizatorus var klasificēt pēc šādiem kritērijiem:

1. Atbilstoši funkcijas iestatīšanas metodei: telpiskā veidņu, matricu uc veidā, nelineāru elementu kombinācijas veidā, digitālā aprēķinu algoritma veidā, ierīces.

2.Pēc shēmas elastības pakāpes: universāla (ti, pārkonfigurējama) un specializēta.

3. Pēc konstrukcijas shēmas būtības: atvērtais (1. att.) un kompensācijas (2. att.) veids.

4. Ieejas un izejas vērtību veidā: analogā, digitālā, jauktā (analogā-digitālā un digitālā-analogā).

5. Pēc ķēdē izmantoto elementu veida: mehāniskie, elektromehāniskie, magnētiskie, elektroniskie utt.

Telpisko funkciju linearizatori galvenokārt ietver izciļņu mehānismus, modeļus un nelineārus potenciometrus. Tos izmanto gadījumos, kad katra pārveides posma izmērītā vērtība tiek uzrādīta mehāniskās kustības veidā (izciļņi — manometrisko un transformatoru devēju raksturlielumu linearizācijai, modeļi — reģistratoros, nelineāros potenciometros — potenciāla un tilta ķēdēs ).

Potenciometra raksturlielumu nelinearitāte tiek panākta, uztinot uz profilētiem rāmjiem un sadalot sekcijas, izmantojot gabalos lineārās aproksimācijas metodi, manevrējot sekcijas ar piemērotām pretestībām.

Linearizatorā, kura pamatā ir potenciometriskā tipa elektromehāniskā servosistēma, izmantojot nelineāru potenciometru (3. att.), linearizētā vērtība parādās kā griešanās leņķis vai mehāniskā nobīde. Šie linearizatori ir vienkārši, daudzpusīgi un plaši izmantoti centralizētās vadības sistēmās.

Rīsi. 3. Linearizators potenciometriskā tipa elektromehāniskajai servosistēmai: D — sensors ar izeju līdzstrāvas sprieguma veidā, Y — pastiprinātājs, M — elektromotors.

Parametriskajos funkcionālajos pārveidotājos tiek izmantotas atsevišķu elementu raksturlielumu nelinearitātes (elektroniskā, magnētiskā, termiskā utt.). Tomēr starp funkcionālajām atkarībām, ko tie izstrādā, un sensoru īpašībām parasti nav iespējams panākt pilnīgu atbilstību.

Funkcijas iestatīšanas algoritmiskais veids tiek izmantots ciparu funkciju pārveidotājos. To priekšrocības ir augsta precizitāte un raksturlielumu stabilitāte. Tie izmanto atsevišķu funkcionālo atkarību matemātiskās īpašības vai lineārās tuvināšanas principu pa daļām. Piemēram, parabolu izstrādā, pamatojoties uz veselu skaitļu kvadrātu īpašībām.

Piemēram, digitālais linearizators ir balstīts uz gabalos lineārās aproksimācijas metodi, kas darbojas pēc principa aizpildot tuvojošos segmentus ar dažāda atkārtošanās ātruma impulsiem. Uzpildes frekvences mainās lēcienos tuvojošos segmentu robežpunktos atbilstoši ierīcē ievietotajai programmai atbilstoši nelinearitātes veidam. Linearizētais daudzums pēc tam tiek pārveidots par vienotu kodu.

Daļēju lineāro nelinearitātes aproksimāciju var veikt arī, izmantojot digitālo lineāro interpolatoru. Šajā gadījumā interpolācijas intervālu aizpildīšanas frekvences paliek nemainīgas tikai vidēji.

Digitālo linearizatoru priekšrocības, kuru pamatā ir detaļu lineārās aproksimācijas metode, ir šādas: uzkrātās nelinearitātes pārkonfigurēšanas vieglums un pārslēgšanās ātrums no vienas nelinearitātes uz otru, kas ir īpaši svarīgi ātrgaitas centralizētās vadības sistēmās.

Sarežģītās vadības sistēmās, kas satur universālus kalkulatorus, mašīnas, linearizāciju var veikt tieši no šīm mašīnām, kurās funkcija ir iestrādāta atbilstošas ​​apakšprogrammas veidā.