Sensör özelliklerinin doğrusallaştırılması

Sensör özelliklerinin doğrusallaştırılması — ölçülen değer ile onu temsil eden değer arasında doğrusal bir ilişki sağlayan, sensör çıkış değerinin veya bununla orantılı bir miktarın (analog veya dijital) doğrusal olmayan bir dönüşümü.

Lineerleştirme yardımıyla, lineer olmayan karakteristiğe sahip bir sensörün bağlı olduğu ikincil cihaz ölçeğinde (örn. termokupl, termal direnç, gaz analizörü, debimetre, vb.) lineerlik elde etmek mümkündür. Sensör özelliklerinin doğrusallaştırılması, dijital çıkışlı ikincil cihazlar aracılığıyla gerekli ölçüm doğruluğunu elde etmeyi mümkün kılar. Bu, bazı durumlarda sensörleri kayıt cihazlarına bağlarken veya ölçülen değer üzerinde matematiksel işlemler gerçekleştirirken (örn. entegrasyon) gereklidir.

Kodlayıcı karakteristiği açısından doğrusallaştırma, ters bir fonksiyonel dönüşüm görevi görür.Sensörün karakteristiği y = F (a + bx) olarak temsil edilirse, burada x ölçülen değerdir, a ve b sabittir, o zaman sensöre seri bağlı doğrusallaştırıcının karakteristiği (Şekil 1) şöyle görünmelidir: şöyle: z = kF (y), burada F, F'nin ters fonksiyonudur.

Sonuç olarak, lineerleştiricinin çıktısı z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, yani ölçülen değerin lineer bir fonksiyonu olacaktır.

Pirinç. 1. Genelleştirilmiş doğrusallaştırma blok diyagramı: D — sensör, L — doğrusallaştırıcı.

Ayrıca, ölçeklendirme ile z bağımlılığı, m'nin uygun ölçek faktörü olduğu z '= mx biçimine indirgenir. Doğrusallaştırma telafi edici bir şekilde yapılırsa, yani Şekil 1'deki gibi bir servo sisteme dayalı olarak yapılırsa. 2, o zaman lineerleştirme fonksiyonu dönüştürücüsünün karakteristiği z = cF (a + bx) sensörünün karakteristiğine benzer olmalıdır, çünkü ölçülen değerin lineerleştirilmiş değeri fonksiyon lineerleştiricinin dönüştürücüsünün girişinden ve onun Çıkış, sensörün çıkış değeri ile karşılaştırılır.

İşlevsel dönüştürücüler olarak doğrusallaştırıcıların karakteristik bir özelliği, sensör özelliklerinin türü tarafından belirlenen monoton işlevlerle sınırlı, bunlar tarafından üretilen nispeten dar bir bağımlılık sınıfıdır.

Pirinç. 2. İzleme sistemine dayalı doğrusallaştırmanın blok diyagramı: D — sensör, U — yükseltici (dönüştürücü), FP — fonksiyonel dönüştürücü.

Doğrusallaştırıcılar aşağıdaki kriterlere göre sınıflandırılabilir:

1. Fonksiyonu ayarlama yöntemine göre: şablonlar, matrisler vb. şeklinde mekansal, doğrusal olmayan elemanların bir kombinasyonu şeklinde, dijital hesaplama algoritması şeklinde, cihazlar.

2.Şemanın esneklik derecesine göre: evrensel (yani yeniden yapılandırılabilir) ve özel.

3. Yapısal diyagramın doğası gereği: açık (Şek. 1) ve telafi (Şek. 2) tipi.

4. Giriş ve çıkış değerleri biçiminde: analog, dijital, karışık (analog-dijital ve dijital-analog).

5. Devrede kullanılan elemanların türüne göre: mekanik, elektromekanik, manyetik, elektronik vb.

Uzamsal fonksiyon doğrusallaştırıcıları, öncelikle kam mekanizmalarını, kalıpları ve doğrusal olmayan potansiyometreleri içerir. Her dönüştürme aşamasının ölçülen değerinin mekanik hareket şeklinde sunulduğu durumlarda kullanılırlar (kamlar - manometrik ve trafo sensörlerinin özelliklerinin doğrusallaştırılması için, modeller - kaydedicilerde, doğrusal olmayan potansiyometrelerde - potansiyel ve köprü devrelerinde kullanılırlar. ).

Potansiyometre özelliklerinin doğrusal olmaması, profilli çerçeveler üzerine sarılması ve bölümleri uygun dirençlerle hareket ettirerek parçalı doğrusal yaklaşım yöntemi kullanılarak bölümlenmesiyle elde edilir.

Lineer olmayan bir potansiyometre (Şekil 3) kullanan potansiyometrik tipte bir elektromekanik servo sistemine dayalı bir lineerleştiricide, lineerleştirilmiş değer bir dönme açısı veya mekanik yer değiştirme olarak görünür. Bu doğrusallaştırıcılar basit, çok yönlüdür ve merkezi kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Pirinç. 3. Potansiyometrik tipte elektromekanik servo sistem için doğrusallaştırıcı: D - DC voltajı şeklinde çıkışlı sensör, Y - amplifikatör, M - elektrik motoru.

Bireysel elemanların (elektronik, manyetik, termal vb.) özelliklerinin doğrusal olmamaları, parametrik fonksiyonel dönüştürücülerde kullanılır. Bununla birlikte, geliştirdikleri işlevsel bağımlılıklar ile sensörlerin özellikleri arasında tam bir eşleşme elde etmek genellikle mümkün değildir.

Bir işlevi ayarlamanın algoritmik yolu, dijital işlev dönüştürücülerde kullanılır. Avantajları, yüksek doğruluk ve özelliklerin kararlılığıdır. Bireysel fonksiyonel bağımlılıkların matematiksel özelliklerini veya parçalara göre doğrusal yaklaşım ilkesini kullanırlar. Örneğin, tam sayıların karelerinin özelliklerine göre bir parabol geliştirilir.

Örneğin, bir dijital lineerleştirici, yaklaşan segmentleri farklı tekrar oranlarına sahip darbelerle doldurma prensibi üzerinde çalışan parçalı lineer yaklaşım yöntemine dayalıdır. Yaklaşan segmentlerin sınır noktalarında dolum frekansları lineer olmama tipine göre cihaza yerleştirilen programa göre sıçramalarla değişmektedir. Doğrusallaştırılmış miktar daha sonra üniter bir koda dönüştürülür.

Doğrusal olmamanın kısmi doğrusal yaklaşımı, bir dijital doğrusal enterpolatör kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu durumda enterpolasyon aralıklarının doldurma frekansları sadece ortalama olarak sabit kalır.

Parçaların doğrusal yaklaşım yöntemine dayanan dijital doğrusallaştırıcıların avantajları şunlardır: birikmiş doğrusal olmamanın yeniden yapılandırılma kolaylığı ve özellikle yüksek hızlı merkezi kontrol sistemlerinde önemli olan bir doğrusal olmama durumundan diğerine geçiş hızı.

Üniversal hesaplayıcılar, makineler içeren karmaşık kontrol sistemlerinde doğrusallaştırma, işlevin karşılık gelen bir alt program biçiminde gömüldüğü bu makinelerden doğrudan gerçekleştirilebilir.