RU2041862C1

RU2041862C1 - Method for measurement of substance concentration

Info

Publication number: RU2041862C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Ицкович; В.С. Мануйлов
Original assignee: Специальное конструкторское бюро "Нефтехимавтоматика"
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1995-08-20

Abstract

FIELD: information- measurement techniques. SUBSTANCE: after conversion of nonelectric value into electric voltage, the latter is mixed with specially generated noise of minor value. Then, summary signal is periodically converted into code. Necessary calculations are made and calculation results are subjected to digital filtration of low frequencies with most significant digits of calculation and filtered result is brought out to indication. EFFECT: increased resolving power and measurement accuracy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к способам измерения концентрации веществ, например, нефтепродуктов в воде. The invention relates to information-measuring equipment, in particular to methods for measuring the concentration of substances, for example, petroleum products in water.

Известен способ измерения концентрации [1] в котором неэлектрическую величину преобразовывают в электрическое напряжение постоянного тока, периодически преобразовывают это напряжение в цифровой код, с полученным кодом производят необходимые вычисления, например вычисляют отношение полученного кода к эталонному, логарифмируют это отношение, умножают на калибровочный коэффициент и затем вычисленное значение выводят на индикацию. A known method of measuring the concentration [1] in which a non-electric quantity is converted into a direct current voltage, periodically converts this voltage to a digital code, with the obtained code, make the necessary calculations, for example, calculate the ratio of the received code to the reference, logarithm this ratio, multiply by the calibration factor and then the calculated value is displayed.

К недостаткам известного способа относится низкая разрешающая способность и связанная с нею точность измерений, обусловленные тем, что дискретность результата вычислений может в несколько раз превышать дискретность аналого-цифрового преобразования и дискретность используемой вычислительной техники. Увеличение разрядности аналого-цифрового преобразования и вычислений связано со значительным усложнением и удорожанием устройств, реализующих этот способ. The disadvantages of this method include the low resolution and the associated measurement accuracy, due to the fact that the discreteness of the calculation result can be several times higher than the discreteness of the analog-to-digital conversion and the discreteness of the used computing equipment. An increase in the bit depth of analog-to-digital conversion and calculations is associated with a significant complication and appreciation of devices that implement this method.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и точности измерений. The aim of the invention is to increase the resolution and accuracy of measurements.

Цель достигается за счет того, что после преобразования неэлектрической величины в электрическое напряжение это напряжение смешивают со специально генерируемой помехой небольшой величины, затем суммарный сигнал периодически преобразовывают в код, производят необходимые вычисления, результат вычислений подвергают цифровой фильтрации нижних частот с повышенной разрядностью вычислений и отфильтрованный результат выводят на индикацию. The goal is achieved due to the fact that after converting a non-electric quantity to electrical voltage, this voltage is mixed with specially generated small noise, then the total signal is periodically converted to code, the necessary calculations are performed, the calculation result is subjected to digital low-pass filtering with increased bit depth and a filtered result display.

Благодаря такой обработке помеха, введенная в полезный сигнал, уничтожается фильтрацией, а за счет повышенной разрядности фильтрации измеряемая величина получается с увеличенной разрешающей способностью. Thanks to this processing, the noise introduced into the useful signal is destroyed by filtering, and due to the increased bit depth of the filtering, the measured value is obtained with an increased resolution.

На фиг.1 пример устройства, осуществляющего предложенный способ; на фиг. 2 эпюры, иллюстрирующие обработку сигналов согласно предлагаемому способу. Figure 1 is an example of a device implementing the proposed method; in FIG. 2 diagrams illustrating signal processing according to the proposed method.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Неэлектрическую величину концентрацию преобразовывают в электрическое напряжение постоянного тока одним из известных методов, например, путем пропускания через среду пучка света и трансформации этого пучка. A non-electric quantity is converted into a direct current voltage using one of the known methods, for example, by passing a light beam through a medium and transforming this beam.

Полученную электрическую величину складывают со специально генерируемой помехой. Полученный сигнал периодически преобразуют в код, производят вычисление измеряемой величины X_n, например путем деления полученного кода на эталонный, логарифмирования результата, умножения на калибровочный коэффициент. Затем производят цифровую фильтрацию нижних частот, например, по формуле
Y_n Y_n-1(1 K) + X_n ˙ K.The resulting electrical quantity is added with a specially generated interference. The received signal is periodically converted into a code, the measured value X _{n is} calculated, for example, by dividing the received code into a reference, logarithm of the result, and multiplying by a calibration coefficient. Then produce digital low-pass filtering, for example, by the formula
Y _n Y _n-1 (1 K) + X _n ˙ K.

Полученную величину выводят на индикацию, после чего по окончании цикла работы возвращаются к преобразованию в код. The resulting value is displayed, after which, at the end of the work cycle, they are returned to conversion to code.

Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, изображенного на фиг.1. Устройство содержит преобразователь 1 неэлектрической величины в электрическую, аналого-цифровой преобразователь 2, микроЭВМ 3, цифровой индикатор 4, генератор 5 помехи, сумматор 6. The proposed method can be implemented, for example, using the device depicted in figure 1. The device comprises a converter 1 of non-electric magnitude to electric, analog-to-digital converter 2, microcomputer 3, digital indicator 4, interference generator 5, adder 6.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Измеряемая физическая величина (концентрация) трансформируется в напряжение постоянного тока преобразователем 1. Генератор 5 возмущений вырабатывает шумовой сигнал, который с помощью сумматора 6 складывается с измеряемым сигналом 7, образуя в результате входной сигнал 8 аналого-цифрового преобразователя 2, ЭВМ 3 принимает код АЦП 2 с заданной программой периодичностью, образуя выборку кодов 9. В результате вычисления измеряемой величины образуется выборка кодов X_n 10, имеющая дискретность в несколько раз большую, чем входная выборка 9. Затем производится цифровая фильтрация нижних частот, например, в простейшем случае по формуле
Y_n Y_n-1(15/16) + X_n1/16 с увеличенной точностью.The measured physical quantity (concentration) is transformed into a direct current voltage by the converter 1. The perturbation generator 5 generates a noise signal, which, using the adder 6, is added to the measured signal 7, forming as a result the input signal 8 of the analog-to-digital converter 2, the computer 3 receives the ADC 2 code with a given program frequency, forming a sample of codes 9. As a result of calculating the measured quantity, a sample of codes X _n 10 is formed, having a resolution of several times greater than the input sample 9. Then digital low-pass filtering is performed, for example, in the simplest case by the formula
Y _n Y _n-1 (15/16) + X _n 1/16 with increased accuracy.

Например, если вычисления измеряемой величины X_n осуществляют с 8-разрядной точностью, то цифровая фильтрация с 16 разрядной. В результате получающаяся выборка Y_n 11 имеет меньшую дискретность и погрешность, чем выборка X_n 10. Затем старшие разряды величины Y_n 11, полученной после цифровой фильтрации нижних частот (например 8 разрядов), выводятся на индикацию.For example, if the calculation of the measured value X _{n is} carried out with 8-bit accuracy, then digital filtering with 16-bit. As a result, the resulting sample Y _n 11 has less discreteness and error than the sample X _n 10. Then the upper bits of the value Y _n 11 obtained after digital low-pass filtering (for example, 8 bits) are displayed.

За счет того, что при цифровой фильтрации нижних частот получается среднее значение, рассчитанное с высокой точностью из множества входных значений, его величина имеет значительно более высокую точность и меньшую дискретность, чем входные значения. Due to the fact that digital low-pass filtering yields an average value calculated with high accuracy from a variety of input values, its value has a significantly higher accuracy and less discreteness than the input values.

Например, при вычислении по формуле
X_n (lgN_этал/N_вx)1/0,0035, где N_вх код, получаемый с АЦП;
N_этал код эталонной величины с АЦП.For example, when calculated by the formula
X _n (lgN _ref / N _Bx) 1 / 0.0035, where N _Rin code obtained from the ADC;
N _reference code of the reference value with the ADC.

Если деление производить с фиксированной запятой, как 16-разрядное число на 8-разрядное с получением 8-разрядного частного, логарифмирование производить по программе кусочно-линейной аппроксимации с точностью 8 разрядов так, что lg8 преобразовывается в число 255, а lg1 в 0, то дискретность X_n может достигать 3 единиц 8-разрядного кода.If the division is done with a fixed point, like a 16-bit number to 8-bit to get an 8-bit quotient, the logarithm is performed according to the piecewise linear approximation program with an accuracy of 8 bits so that lg8 is converted to 255 and lg1 to 0, then discreteness X _n can reach 3 units of 8-bit code.

Если же во входную выборку кодов N_вх добавить помеху величиной порядка 3-4 единиц 8-разрядного входного кода, а затем отсечь эту помеху с помощью цифровой фильтрации нижних частот, то дискретность выходного сигнала Y_n может быть доведена до 1 единицы 8-разрядного кода.If the codes in the input sample N _Rin add interference of the order of 3-4 units of 8-bit input code, and then cut off the interference with a digital low-pass filtering, the discontinuity of the output signal Y _n can be communicated to unit 1 8-bit code .

При этом практически не требуется усложнения устройства. At the same time, complication of the device is practically not required.

Claims

METHOD OF CONCENTRATION MEASUREMENT, which consists in converting a non-electric quantity into a direct current voltage, periodically converting this voltage into a digital code, calculating the measured value from the received code and displaying this value, characterized in that the obtained direct current voltage is converted it is mixed into the code with a specially generated noise of a small value, and after calculating the measured value, the result is displayed before it is displayed tion is subjected to digital low pass filtering with increased bit computing.