Linearization ng mga katangian ng sensor

Linearization ng mga katangian ng sensor — isang non-linear na pagbabago ng halaga ng output ng sensor o isang dami na proporsyonal dito (analog o digital) na nakakamit ng isang linear na relasyon sa pagitan ng sinusukat na halaga at ang halaga na kumakatawan dito.

Sa tulong ng linearization, posible na makamit ang linearity sa sukat ng pangalawang aparato kung saan konektado ang isang sensor na may hindi linear na katangian (hal. thermocouple, thermal resistance, gas analyzer, flow meter, atbp.). Ginagawang posible ng linearization ng mga katangian ng sensor na makuha ang kinakailangang katumpakan ng pagsukat sa pamamagitan ng mga pangalawang device na may digital na output. Ito ay kinakailangan sa ilang mga kaso kapag nagkokonekta ng mga sensor sa mga recording device o kapag nagsasagawa ng mathematical operations sa sinusukat na halaga (hal. integration).

Sa mga tuntunin ng katangian ng encoder, ang linearization ay gumaganap bilang isang inverse functional transformation.Kung ang katangian ng sensor ay kinakatawan bilang y = F (a + bx), kung saan ang x ay ang sinusukat na halaga, ang a at b ay mga pare-pareho, kung gayon ang katangian ng linearizer na konektado sa serye sa sensor (Fig. 1) ay dapat magmukhang tulad nito: z = kF (y), kung saan ang F ay ang inverse function ng F.

Bilang resulta, ang output ng linearizer ay magiging z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, ibig sabihin, isang linear na function ng sinusukat na halaga.

kanin. 1. Pangkalahatang linearization block diagram: D — sensor, L — linearizer.

Higit pa rito, sa pamamagitan ng scaling, ang dependence z ay nababawasan sa form na z '= mx, kung saan ang m ay ang naaangkop na scale factor. Kung ang linearization ay ginagawa sa isang compensatory na paraan, ibig sabihin, batay sa isang servo system tulad ng Fig. 2, kung gayon ang katangian ng linearizing function converter ay dapat na katulad ng katangian ng sensor z = cF (a + bx), dahil ang linearized na halaga ng sinusukat na halaga ay kinuha mula sa input ng converter ng function linearizer at nito inihambing ang output sa halaga ng output ng sensor.

Ang isang tampok na katangian ng mga linearizer bilang mga functional converter ay isang medyo makitid na klase ng mga dependency na muling ginawa ng mga ito, limitado sa mga monotonikong function, na tinutukoy ng uri ng mga katangian ng sensor.

kanin. 2. Block diagram ng linearization batay sa tracking system: D — sensor, U — amplifier (transducer), FP — functional converter.

Ang mga linearizer ay maaaring iuri ayon sa mga sumusunod na pamantayan:

1. Ayon sa paraan ng pagtatakda ng function: spatial sa anyo ng mga template, matrice, atbp., Sa anyo ng isang kumbinasyon ng mga di-linear na elemento, sa anyo ng isang digital na pagkalkula algorithm, mga aparato.

2.Sa antas ng flexibility ng scheme: unibersal (ibig sabihin, reconfigureable) at dalubhasa.

3. Sa pamamagitan ng likas na katangian ng structural diagram: open (Fig. 1) at compensation (Fig. 2) type.

4. Sa anyo ng mga halaga ng input at output: analog, digital, mixed (analog-digital at digital-analog).

5. Sa pamamagitan ng uri ng mga elemento na ginagamit sa circuit: mekanikal, electromechanical, magnetic, electronic, atbp.

Pangunahing kasama sa mga linearizer ng spatial function ang mga mekanismo ng cam, pattern, at non-linear na potentiometer. Ginagamit ang mga ito sa mga kaso kung saan ang sinusukat na halaga ng bawat yugto ng conversion ay ipinakita sa anyo ng mekanikal na paggalaw (mga cam — para sa linearization ng mga katangian ng manometric at transpormer sensor, mga modelo — sa mga recorder, non-linear potentiometers — sa mga potensyal at bridge circuit. ).

Ang nonlinearity ng mga katangian ng potentiometer ay nakakamit sa pamamagitan ng paikot-ikot sa mga profiled frame at sectioning gamit ang piecewise linear approximation na paraan sa pamamagitan ng pagmaniobra sa mga seksyon na may angkop na mga resistensya.

Sa isang linearizer batay sa isang electromechanical servo system ng potentiometric type gamit ang isang non-linear potentiometer (Fig. 3), ang linearized na halaga ay lilitaw bilang isang anggulo ng pag-ikot o mekanikal na pag-aalis. Ang mga linearizer na ito ay simple, maraming nalalaman at malawakang ginagamit sa mga sentralisadong sistema ng kontrol.

kanin. 3. Linearizer para sa electromechanical servo system ng potentiometric type: D - sensor na may output sa anyo ng DC boltahe, Y - amplifier, M - electric motor.

Ang mga non-linearity ng mga katangian ng mga indibidwal na elemento (electronic, magnetic, thermal, atbp.) ay ginagamit sa mga parametric functional converter. Gayunpaman, sa pagitan ng mga functional dependency na kanilang binuo at ang mga katangian ng mga sensor, kadalasan ay hindi posible na makamit ang isang kumpletong tugma.

Ang algorithmic na paraan ng pagtatakda ng isang function ay ginagamit sa mga digital function converter. Ang kanilang mga pakinabang ay mataas na katumpakan at katatagan ng mga katangian. Ginagamit nila ang mga katangiang pangmatematika ng mga indibidwal na functional dependencies o ang prinsipyo ng linear approximation ayon sa mga bahagi. Halimbawa, ang isang parabola ay binuo batay sa mga katangian ng mga parisukat ng mga integer.

Halimbawa, ang isang digital linearizer ay batay sa piecewise linear approximation na paraan, na gumagana sa prinsipyo ng pagpuno sa paparating na mga segment ng mga pulso ng iba't ibang mga rate ng pag-uulit. Ang mga frequency ng pagpuno ay nagbabago sa mga pagtalon sa mga hangganan ng mga punto ng papalapit na mga segment ayon sa programa na ipinasok sa aparato ayon sa uri ng nonlinearity. Ang linearized na dami ay iko-convert sa isang unitary code.

Ang isang bahagyang linear approximation ng nonlinearity ay maaari ding gawin gamit ang isang digital linear interpolator. Sa kasong ito, ang mga frequency ng pagpuno ng mga pagitan ng interpolation ay nananatiling pare-pareho lamang sa karaniwan.

Ang mga bentahe ng mga digital linearizer batay sa paraan ng linear approximation ng mga bahagi ay: kadalian ng reconfiguration ng accumulated nonlinearity at ang bilis ng paglipat mula sa isang nonlinearity patungo sa isa pa, na kung saan ay lalong mahalaga sa high-speed sentralisadong control system.

Sa mga kumplikadong sistema ng kontrol na naglalaman ng mga unibersal na calculator, mga makina, ang linearization ay maaaring isagawa nang direkta mula sa mga makinang ito, kung saan ang function ay naka-embed sa anyo ng isang kaukulang subroutine.