RU1828996C - Адаптивное устройство дл измерени угла наклона - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности, к средствам дл  определени  углов наклона. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений. Устройство содержит индуктивно-емкостной датчик 1, включенный в контур 1С-автогенератора, адаптивный блок согласовани , АЦП 6, ЦАП 9, блок обработки 7. Адаптив ный блок согласовани  выполнен в виде схемы вычитани  2, усилителей 4 с заранее выставленными коэффициентами усилени  и коммутаторов 3,5, подключающих необходимый усилитель 4 по команде с блока обработки 7 в цепь обработки сигнала блоками АЦП 6 и ЦАП 9. 1 ил.

Description

(А)

Дз

/ (Т5)

п +1

1 jST

2 D

nf

а неравенство (5) конкретизируетс  следую- и щим образом.

/Xn(K)-X/ (

Отметим важную особенность предлагаемого адаптивного измерительного преобразовател : как видно из неравенства (tO) первое слагаемое в правой части убывает по степенному закону, т.е. погрешность АЦП в данном устройстве подавл етс  со скоростью убывани  степенной функции.

А

2 L

Г-ЛМ L . Дв J

+1

(13)

2 D

nf

и

35

40

ДБ Таким образом, предельна  точность обсуждаемого адаптивного измерител  и его допустимый диапазон измерений (динамический диапазон) определ ютс  только точностью Дц и динамическим диапазоном L используемого в схеме ЦАП.

При этом, как видно из соотношени  (13) характеристики АЦП определ ют только скорость (число тактов п), в которой рассматриваемый адаптивный измеритель выходит на уровень предельной точности измерений ±Дц/2. Из полученных формул, в частности следует, что при ( Да Дц) точность Дц/2 достигаетс  на втором такте работы измерител . А предельный диапазон, в котором можно проводить с его помощью измерений напр жений, будет шире диапазона исходного АЦП в Да/ Дц раз, т.е.

-Ј°

(14)

Будем считать погрешность АЦП подавленной , когда отмеченное первое слагаемое в (tO) сравниваетс  со вторым (после чего точность оценки Хгг будет монотонко стремитьс  к значению точности ЦАП

т

/xV)00

л/ 2

1 +

Аз 2D

1 ив 2D

4

В измерительной системе происходит расширение динамического диапазона D АЦП до значени  1 Да/ Дц , а точность измерений, равна  Дц /2« Да/2 может быть получена уже на втором такте работы.

Это значит, что дл  данного случа  достаточно двух операционных усилителей с коэффициентами, равными Со и d.

Если используютс  произвольные АЦП и ЦАП, с характеристиками не св занными соотношением (14) то при диапазоне L предельна  точность А ц/2 достигаетс  за п тактов работы измерител  (п в большинстве практических задач имеет величины 2-5 тактов) в этом случае в схему необходимо включить п коммутируемых операционных усилителей с заранее выставленными коэффициентами усилени .

После двух или п тактов работы измерение данного значени  величина напр жени  X на входе измерител  заканчиваетс , микропроцессорный управл ющий блок 5 выдает адресату точное значение измеренного напр жени  XV и одновременно вырабатывает и посылает во все блоки измерител  команды, возвращающие их в состо ни  готовности к следующему циклу измерений. Этот цикл начинаетс  при подаче команды начала работы, подаваемой извне (автоматом или человеком) на микропроцессор и идет описанным выше образом.

В реальных услови х коэффициенты усилени  Спр на каждом n-ом такте могут быть установлены на теоретическое значение Сп только с некоторой точностью, обусловленной величиной относительного разброса у

С|,(1 -y)(1 + У) (15)

Здесь у-относительна  погрешность установки значений коэффициента усилени , считаетс  не завис щей от п, а Сп - поправленные значени  теоретических коэффициентов

(1+ у ),

(16)

что св зано с необходимостью удержани  на каждом такте величины Yn+1 выходного напр жени , снимаемого с усилител , в рабочем диапазоне -D, D АЦП.

При учете погрешности установки коэффициентов Спр неравенство, характеризующее точность результирующих оценок .напр жени  принимает вид

/хЈк)-х/Ј Гу°1+п2 /х

Lк 1

/А , , Дц ,Аз

л()+-г+Тд - л,)+ + )-(17)

Из (17) видно, что погрешности установки реальных коэффициентов усилени  Спр привод т к по влению в итоговой оценке точности измерений неисчезающей с п ве- личины, пропорциональной у

/ЙК)(Л()+

(18)

0 Поправка к погрешности оценок за счет у может достигать существенных значений при у 0,05-0,1, т.к. в скобках в (18) содержитс  величина Лэ/2 Со Лз L/D пор дка погрешности АЦП.

5 Непрерывна  перестройка операционного усилител  назначени  Со, Ci, Сг... даже по калиброванной последовательности управл ющих напр жений, неизбежно св зана с погрешност ми, намного большими,

0 чем погрешности усилителей с заранее эталонно выставленными или отъюстированными коэффициентами усилени . В промышленных услови х така  установка может быть доведена до погрешностей по5 р дка долей процента.

Кроме того, т.к. п невелико, то можно пользоватьс  достаточно простыми и одновременно надежными и быстродействующими системами коммутации, осуществл   переключение усилителей за врем , много меньшее одного такта работы АЦП.

В непрерывно перестраиваемом операционном усилителе при синхронной с тактами работы АЦП перестройке коэффициентов Сп величина погрешности в зависимости от требований к быстродействию всего измерител , может за счет физических переходных процессов приобретать недопустимо большие значени . И тогда предельную точ0 ность измерений (18) удаетс  достичь .только увеличива  длительность отдельного такта измерени  с целью дать врем  на более точную установку коэффициентов Спр. Но и в этом случае точность будет ниже точности, достижимой при подключении усилителей с заранее выставленными коэффициентами усилени .

Дл  последних у можно считать пренебрежимо малым и дл  расчетов характеристик и параметров синтезируемых адаптивных измерителей пользоватьс  соотношени ми (1-4). При этом сохран ютс  все качественные и количественные результаты, описанные выше в за вке.

Переход к коммутируемому составному согласующему блоку позвол  ет резко повысить точность итоговых измерений по сравнению с согласующим блоком на единственном перестраиваемом в ходе на0

5

5

0

5

блюдений операционном усилителе. Одновременно снижаютс  ограничени  по допустимой скорости перестройки богласующего блока, что позвол ет повысить быстродействие всего измерительного преобразовател  в целом.

Отметим, так же, что использование ЦАП с широким диапазоном выходных напр жений L и точностью А ц, даже не превосход щей Да все равно позвол ет в L/D раз расширить динамический диапазон измер емых с его помощью напр жений без потери точности.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Адаптивное устройство дл  измерени  угла наклона, содержащее последовательно соединенные автогенераторный датчик угла наклона, адаптивный блок согласовани , аналого-цифровой преобразователь и блок обработки, отличающеес  тем, что. с целью повышени  точности измерени , адаптивный блок согласовани  выполнен в

   виде цифроаналогового преобразовател , схемы потактной синхронизации и последовательно соединенных схемы вычитани , подключенной первым входом к выходу автогенераторного датчика угла наклона, первого коммутатора, набора операционных усилителей с различными коэффициентами усилени  и второго коммутатора, выходом подключенного к входу аналого-цифрового

   преобразовател , соответствующие выходы блока обработки подключены к входам схемы потактной синхронизации и цифроаналогового преобразовател , св занного синхронизирующим входом с первым выходом схемы потактной синхронизации, а выходом с вторым входом схемы вычитани , второй выход схемы потактной синхронизации подключен к соответствующим входам первого и второго коммутаторов, а каждый

   из операционных усилителей включен между соответствующими выходом первого и входом второго коммутаторов,