RU2232977C1 - Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space - Google Patents
Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2232977C1 RU2232977C1 RU2002135660/28A RU2002135660A RU2232977C1 RU 2232977 C1 RU2232977 C1 RU 2232977C1 RU 2002135660/28 A RU2002135660/28 A RU 2002135660/28A RU 2002135660 A RU2002135660 A RU 2002135660A RU 2232977 C1 RU2232977 C1 RU 2232977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- inputs
- sensors
- output
- control
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в устройствах для измерения переменных скалярных величин, распределенных в пространстве.The invention relates to measuring technique and can be used in devices for measuring variables of scalar values distributed in space.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является устройство для измерения переменных скалярных величин, распределенных в пространстве, которое содержит измерительные каналы с датчиками и блок управления с управляющим выходом (К.Б.Клаассен. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000, с. 315, рис.4.31.а).The closest set of essential features to the invention is a device for measuring variable scalar values distributed in space, which contains measuring channels with sensors and a control unit with a control output (K.B. Klaassen. Fundamentals of measurement. Electronic methods and devices in measuring equipment. M .: Postmarket, 2000, p. 315, Fig. 4.41.a).
Недостатком известного устройства является ограниченные эксплуатационные возможности, особенно при экспериментальных исследованиях, заключающиеся в невозможности оперативного изменения (уменьшения или увеличения) числа измерительных каналов. Например, для увеличения числа измерительных каналов в устройстве необходимо заменить коммутатор аналоговых сигналов, к которому подключены измерительные каналы. Кроме этого, недостатком является большой расход соединительных проводов, что отражается на экономичности устройства, особенно при использовании дорогостоящих кабелей. Кроме этого, недостатком является несвоевременное обнаружение аномалий, т.е. значительных локальных изменений величин, распределенных в пространстве. Это объясняется необходимостью ожидания подключения ближайшего к аномалии датчика, что увеличивает временной интервал от возникновения аномалии до ее обнаружения. Кроме этого, недостатком является невысокая точность измерения, что объясняется невозможностью усиления полезного сигнала, который является переменной составляющей полного сигнала и характеризует состояние измеряемой величины. Полный сигнал представляет собой сумму полезного сигнала и сигнала фонового шума, который является постоянной величиной и может превышать полезный сигнал на несколько порядков. Поскольку в известном устройстве уровень фонового шума для каждого измерительного канала заранее не известен, то в результате усиливается вся сумма сигналов, что приводит к невозможности выявления небольших отклонений.A disadvantage of the known device is the limited operational capabilities, especially in experimental studies, consisting in the impossibility of operational changes (decrease or increase) in the number of measuring channels. For example, to increase the number of measuring channels in the device, it is necessary to replace the analog signal switch to which the measuring channels are connected. In addition, the disadvantage is the high consumption of connecting wires, which affects the efficiency of the device, especially when using expensive cables. In addition, the disadvantage is the untimely detection of anomalies, i.e. significant local changes in quantities distributed in space. This is explained by the need to wait for the connection of the sensor closest to the anomaly, which increases the time interval from the occurrence of the anomaly to its detection. In addition, the disadvantage is the low measurement accuracy, which is explained by the impossibility of amplifying a useful signal, which is a variable component of the total signal and characterizes the state of the measured value. The full signal is the sum of the useful signal and the background noise signal, which is constant and can exceed the useful signal by several orders of magnitude. Since in the known device the background noise level for each measuring channel is not known in advance, the result is that the entire sum of the signals is amplified, which makes it impossible to detect small deviations.
Задачей настоящего изобретения является создание экономичного и имеющего широкие эксплуатационные возможности устройства для измерения переменных скалярных величин, распределенных в пространстве, которое позволит уменьшить (до нуля) время обнаружения возникшей аномалии, путем непрерывного контроля всех измерительных каналов, а также увеличить точность измерения путем уменьшения динамического диапазона полного сигнала.The objective of the present invention is to provide an economical and highly operational device for measuring variable scalar values distributed in space, which will reduce (to zero) the detection time of the anomaly that has arisen by continuously monitoring all measuring channels, and also increase the measurement accuracy by reducing the dynamic range full signal.
Техническим результатом настоящего изобретения является возможность оперативного изменения числа измерительных каналов путем их подключения к общему проводнику, который является выходом устройства, с сохранением суммирования всех выходных сигналов. Использование общего проводника позволяет значительно уменьшить количество соединительных проводов. Кроме этого, при использовании настоящего изобретения все сигналы в каждый момент времени суммируются (в зависимости от знака сигнала), что позволяет практически мгновенно зафиксировать возникновение значительных локальных изменений, например, при возникновении течи - увеличение шума в месте течи. Кроме этого, уменьшается динамический диапазон полного сигнала и увеличивается динамический диапазон полезного сигнала, например, шума возникающей течи. Это объясняется компенсацией постоянной составляющей, например, сигнала фонового шума помещения за счет суммирования сигналов всех измерительных каналов, половина из которых меняют свой знак на противоположный. Поэтому оставшаяся переменная составляющая, т.е. полезный сигнал, может быть максимально усилена для увеличения точности измерений.The technical result of the present invention is the ability to quickly change the number of measuring channels by connecting them to a common conductor, which is the output of the device, while maintaining the summation of all output signals. Using a common conductor can significantly reduce the number of connecting wires. In addition, when using the present invention, all the signals at each moment of time are summed (depending on the sign of the signal), which allows almost instantly detect the occurrence of significant local changes, for example, when a leak occurs - an increase in noise at the leak site. In addition, the dynamic range of the full signal is reduced and the dynamic range of the useful signal, for example, the noise of an emerging leak, is increased. This is due to the compensation of the DC component, for example, the background noise signal of the room by summing the signals of all the measuring channels, half of which change their sign to the opposite. Therefore, the remaining variable component, i.e. useful signal, can be maximized to increase measurement accuracy.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения переменных скалярных величин, распределенных в пространстве, содержащем измерительные каналы с датчиками и блок управления с управляющим выходом, каждый измерительный канал имеет управляющий вход и содержит инвертор, переключающий элемент и преобразователь напряжение-ток, выход которого соединен с выходом канала, при этом число каналов выбрано четным, а управляющий выход блока управления подключен к управляющим входам каналов, выходы которых соединены общим проводником, являющимся выходом устройства, при этом входы переключающих элементов одной группы каналов, составляющих половину от всего числа каналов, соединены с датчиками и входами преобразователей через инверторы, а входы переключающих элементов другой группы каналов соединены с датчиками и входами преобразователей напрямую, причем формирование групп каналов обеспечено блоком управления исходя из расположения датчиков в измеряемом пространстве по системе ортогональных двоичных функций, принимающих значения плюс или минус.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for measuring variable scalar variables distributed in a space containing measuring channels with sensors and a control unit with a control output, each measuring channel has a control input and contains an inverter, a switching element and a voltage-current converter, output which is connected to the channel output, while the number of channels is chosen even, and the control output of the control unit is connected to the control inputs of the channels, the outputs of which are connected a conductor, which is the output of the device, while the inputs of the switching elements of one channel group, accounting for half of the total number of channels, are connected to the sensors and inputs of the converters through inverters, and the inputs of the switching elements of another group of channels are connected to the sensors and inputs of the converters, channels is provided by the control unit based on the location of the sensors in the measured space according to a system of orthogonal binary functions taking values of plus or minus.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для измерения переменных скалярных величин, распределенных в пространстве.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a device for measuring variables of scalar values distributed in space.
Устройство содержит измерительные каналы 1, число которых выбрано четным, например, 4 канала, и блок 2 управления с управляющим выходом. Каждый измерительный канал 1 имеет управляющий вход 3 и содержит датчик 4, усилитель 5 (датчик и усилитель могут быть выполнены в одном блоке), инвертор 6, переключающий элемент 7 и преобразователь 8 напряжение-ток, в качестве которого может быть использован усилитель с токовым выходом. Управляющий выход блока 2 подключен к управляющим входам 3 каналов 1, а выходы 9 каналов соединены общим проводником 10, являющимся выходом устройства. Входы 11, 12 переключающих элементов 7 одной группы каналов 1, составляющих половину от всего числа каналов 1, соединены с датчиками 4 и входами преобразователей 8 через инверторы 6, а входы 13, 14 переключающих элементов 7 другой группы каналов 1 соединены с датчиками 4 и входами преобразователей 8 напрямую, причем каналы, составляющие упомянутые группы, выбраны исходя из расположения датчиков 4 в измеряемом пространстве по системе ортогональных двоичных функций, принимающих значения плюс или минус.The device contains measuring channels 1, the number of which is chosen even, for example, 4 channels, and a control unit 2 with a control output. Each measuring channel 1 has a control input 3 and contains a sensor 4, an amplifier 5 (the sensor and amplifier can be made in one unit), an inverter 6, a switching element 7, and a voltage-current converter 8, which can be used as an amplifier with a current output . The control output of block 2 is connected to the control inputs of 3 channels 1, and the outputs of 9 channels are connected by a common conductor 10, which is the output of the device. The inputs 11, 12 of the switching elements 7 of one group of channels 1, which make up half of the total number of channels 1, are connected to the sensors 4 and the inputs of the transducers 8 through inverters 6, and the inputs 13, 14 of the switching elements 7 of another group of channels 1 are connected to the sensors 4 and inputs transducers 8 directly, and the channels making up the mentioned groups are selected based on the location of the sensors 4 in the measured space according to a system of orthogonal binary functions taking values plus or minus.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Сигналы с датчиков 4, пропорциональные уровням измеряемых скалярных величин (звуковое давление, радиационный фон, температура и т.п.) и сформированные усилителями 5, поступают на преобразователи 8 через переключающие элементы 7, либо напрямую, либо через инверторы 6, изменяющие знак сигнала на противоположный. По команде, выдаваемой блоком управления 2, входы 11, 12 переключающих элементов 7 соединяют выходы датчиков 4 через усилители 5 одной половины каналов 1 с входами преобразователей 8 через инверторы 6, а входы 13, 14 переключающих элементов 7 соединяют выходы датчиков 4 через усилители 5 другой половины каналов 1 - с входами преобразователей 8 напрямую. Сигналы, поступающие с датчиков 4 и проходящие через инверторы 6, меняют свой знак на противоположный и поступают на входы преобразователей 8 с измененным знаком, а сигналы, проходящие напрямую, поступают на входы преобразователей 8 без изменения знака. С выходов 9 преобразователей 8 токи, пропорциональные сигналам датчиков 4, поступают в общий проводник 10, где суммируются с учетом знака сигнала. При этом результат суммирования, например число А1, равен превышению суммы измерений одной группы, например, сумма измерений группы каналов с неинвертированными сигналами над суммой измерений группы каналов с инвертированными сигналами и не зависит от среднего уровня измеряемой величины по всем каналам, поскольку при вычитании постоянная составляющая будет скомпенсирована. Это позволит увеличить точность регистрации отклонений измеряемого пространства от среднего уровня, т.е. увеличить разрешающую способность измерений. Например, при изменении показаний датчика №7 на 10% (таблица 2), значения сумм А1...А5 изменяются в от 2.1 до 7 раз (таблица 1). В момент возникновения локальных аномалий (т.е. увеличения измеряемой величины в зоне чувствительности одного из датчиков, например, 10% на датчике №7) абсолютное значение суммы будет увеличено, в то время как среднее значение или сумма по всем датчикам А0 изменится незначительно, что может являться диагностическим признаком возникновения аномалии. Далее процесс измерений повторится: по команде блока управления 2 будут сформированы две другие группы измерительных каналов 1, и в результате суммирования получится число А2. Формирование групп каналов 1 производится блоком управления 2 исходя из расположения датчиков в измеряемом пространстве, например, в помещении, по системе ортогональных двоичных функций, принимающих значения плюс или минус (по пространственным функциям Уолша). В таблице 1 указаны примеры формирования групп измерительных каналов. Цифрами указаны номера датчиков, расположенных в прямоугольном помещении; выделены и подчеркнуты датчики, относящиеся к группе каналов коммутатора без изменения знака. Значения сумм А0...А5 приводятся для гладкого поля и поля с пиком 10% в районе датчика №7. В таблице 2 приведены показания датчиков при регистрации поля параметра без возмущений - гладкого поля и поля с аномалией 10% в районе датчика №7 - поля с пиком, а также расчетные значения измеряемого параметра в местах расположения датчиков по шести измерениям (из восьми возможных) для гладкого поля и поля с пиком, которые указаны в таблице 1. При необходимости измерения среднего уровня распределенной скалярной величины сигналы по всем датчикам, со всех каналов подаются на сумматор без инверсии (число А0). Для определения показаний каждого из датчиков 4 формируется число сумм, равное числу каналов (полный набор секвент). При формировании каждой суммы по командам блока управления 2 половина датчиков 4 измерительных каналов 1 соединяется переключающими элементами 7 с входами преобразователей 8 через инверторы 5, а у другой половины каналов 1 соединение производится напрямую. Данные переключения производятся блоком управления 2 в соответствии с алгоритмом пространственных функций Уолша в исследуемом пространстве объекта, оснащенным датчиками 4. Показания каждого из датчиков 4 вычисляются обработкой полученных значений сумм с помощью обратного преобразования Уолша (суммированием значений сумм для каждого датчика с учетом знаков функций Уолша). Для локализации места возникновения аномалии достаточна регистрация не всех возможных сумм, соответствующих полному набору секвент функций Уолша, а лишь только их части. При этом может быть учтена имеющаяся априорная информация о характере (масштабе) искомой аномалии, например, для определения места возникновения только крупных аномалий целесообразно регистрировать только низшие секвенты, делящие объект на крупные части (половины, четверти), а для наблюдения только за мелкомасштабными аномалиями достаточно регистрировать лишь высшие секвенты. Алгоритм поиска может быть оптимизирован с учетом располагаемой априорной информации о вероятности возникновения аномалий в зависимости от их размера. В соответствии с этими данными выбираются частоты регистрации высших и низших секвент, если вероятность возникновения крупной аномалии значительно меньше, чем мелкой, то целесообразно регистрировать суммы, соответствующие высшим секвентам значительно чаще, чем низшим. Этими же средствами может быть реализована фильтрация входного потока данных не только в частотной и временной областях, но и в пространственной (пространство объекта).The signals from the sensors 4, proportional to the levels of the measured scalar quantities (sound pressure, radiation background, temperature, etc.) and generated by the amplifiers 5, are transmitted to the transducers 8 via switching elements 7, either directly or through inverters 6, changing the sign of the signal to opposite. According to the command issued by the control unit 2, the inputs 11, 12 of the switching elements 7 connect the outputs of the sensors 4 through the amplifiers 5 of one half of the channels 1 to the inputs of the converters 8 through the inverters 6, and the inputs 13, 14 of the switching elements 7 connect the outputs of the sensors 4 through the amplifiers 5 of the other half of the channels 1 - with the inputs of the converters 8 directly. The signals coming from the sensors 4 and passing through the inverters 6 change their sign to the opposite and go to the inputs of the transducers 8 with a changed sign, and the signals passing directly go to the inputs of the transducers 8 without changing the sign. From the outputs of 9 converters 8, currents proportional to the signals of the sensors 4, enter the common conductor 10, where they are summed up taking into account the sign of the signal. In this case, the summation result, for example, the number A1, is equal to the excess of the sum of the measurements of one group, for example, the sum of the measurements of a group of channels with non-inverted signals over the sum of the measurements of a group of channels with inverted signals and does not depend on the average level of the measured value for all channels, since when subtracting the constant component will be compensated. This will increase the accuracy of recording deviations of the measured space from the average level, i.e. increase the resolution of measurements. For example, when the readings of sensor No. 7 change by 10% (table 2), the values of the sums A1 ... A5 change from 2.1 to 7 times (table 1). At the time of occurrence of local anomalies (i.e., an increase in the measured value in the sensitivity zone of one of the sensors, for example, 10% on sensor No. 7), the absolute value of the sum will increase, while the average value or the sum of all sensors A0 will change slightly, which may be a diagnostic sign of an anomaly. Further, the measurement process will be repeated: at the command of the control unit 2, two other groups of measuring channels 1 will be formed, and as a result of summing, the number A2 will be obtained. The formation of groups of channels 1 is performed by the control unit 2 based on the location of the sensors in the measured space, for example, indoors, according to a system of orthogonal binary functions taking plus or minus values (according to the Walsh spatial functions). Table 1 shows examples of the formation of groups of measuring channels. The numbers indicate the numbers of sensors located in a rectangular room; The sensors related to the channel group of the switch without changing the sign are highlighted and underlined. The values of the sums A0 ... A5 are given for a smooth field and a field with a peak of 10% in the vicinity of sensor No. 7. Table 2 shows the readings of the sensors during registration of the parameter field without disturbances — a smooth field and a field with an anomaly of 10% in the region of sensor No. 7 — fields with a peak, as well as the calculated values of the measured parameter at the locations of the sensors in six measurements (out of eight possible) for a smooth field and a field with a peak, which are listed in Table 1. If it is necessary to measure the average level of the distributed scalar value, the signals for all sensors from all channels are fed to the adder without inversion (number A0). To determine the readings of each of the sensors 4, the number of sums is formed, which is equal to the number of channels (a complete set of sequences). When forming each sum according to the commands of the control unit 2, half of the sensors 4 of the measuring channels 1 are connected by switching elements 7 to the inputs of the transducers 8 through inverters 5, and the other half of the channels 1 connect directly. The switching data is produced by the control unit 2 in accordance with the algorithm of the Walsh spatial functions in the studied space of the object equipped with sensors 4. The readings of each of the sensors 4 are calculated by processing the obtained sum values using the inverse Walsh transform (by summing the sum values for each sensor taking into account the signs of the Walsh functions) . To localize the place of occurrence of the anomaly, it is sufficient to register not all possible sums corresponding to the complete set of sequents of Walsh functions, but only their parts. In this case, available a priori information on the nature (scale) of the desired anomaly can be taken into account, for example, to determine the place of occurrence of only large anomalies, it is advisable to record only the lower sequents dividing the object into large parts (half, quarters), and for observing only small-scale anomalies record only the highest sequents. The search algorithm can be optimized taking into account the available a priori information about the probability of occurrence of anomalies depending on their size. In accordance with these data, the recording frequencies of the higher and lower sequences are selected, if the probability of a large anomaly is much less than a small one, then it is advisable to record amounts corresponding to higher sequents much more often than lower ones. The same means can be used to filter the input data stream not only in the frequency and time domains, but also in the spatial (object space).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002135660/28A RU2232977C1 (en) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002135660/28A RU2232977C1 (en) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002135660A RU2002135660A (en) | 2004-06-20 |
| RU2232977C1 true RU2232977C1 (en) | 2004-07-20 |
Family
ID=33413673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002135660/28A RU2232977C1 (en) | 2002-12-26 | 2002-12-26 | Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2232977C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451915C1 (en) * | 2011-03-04 | 2012-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | System for detecting leakage of heat carrier from pipe |
-
2002
- 2002-12-26 RU RU2002135660/28A patent/RU2232977C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451915C1 (en) * | 2011-03-04 | 2012-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | System for detecting leakage of heat carrier from pipe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2232977C1 (en) | Device for measurement of variable scalar quantities distributed in space | |
| CN113607046A (en) | Laser interferometry signal processing device and signal subdivision method | |
| RU2229687C1 (en) | Gear to measure variable scalar values distributed in space | |
| DE502004012113D1 (en) | ECG SYSTEM AND METHOD FOR LARGE MEASUREMENT OF ECG SIGNALS | |
| JP2763255B2 (en) | Passive element value measuring device using current vector | |
| SU1659942A1 (en) | Method and apparatus for detecting non-uniformity of magnetic field | |
| CN111665460B (en) | Sensor direct-current component compensation method and device and sensor device | |
| US20240077441A1 (en) | Methods and devices for liquid impedance measurement using a four-electrode device | |
| SU1708298A1 (en) | Device for determining the bioobject hydration degree | |
| SU1661685A2 (en) | Device for measuring electric intensity | |
| SU885935A1 (en) | Device for checking one-polar amplifier linearity | |
| SU746320A1 (en) | Apparatus for measuring harmonic coefficient of power amplifier | |
| SU842680A1 (en) | Device for electric prospesting | |
| SU1000933A1 (en) | Three-element two terminal network parameter converter | |
| SU901951A1 (en) | Device for measuring magnetic field parameters | |
| RU2151405C1 (en) | Device determining position of object | |
| CN116559594A (en) | Parallel bus short-circuit point automatic detection positioning system for vertical mounting load network | |
| SU1559278A1 (en) | Eddy current measuring device | |
| SU968667A1 (en) | Device for diagnosis of bearings | |
| SU859903A1 (en) | Elow detector for checking metal articles | |
| RU2003998C1 (en) | Device for measuring gradient of magnetic induction | |
| JP2002040154A (en) | Method and apparatus for use in location of conductor | |
| CN116124271A (en) | Method and device for demodulating arctangent phase of light intensity signal | |
| SU898336A1 (en) | Device for measuring electric energy | |
| SU1147989A1 (en) | Method of measuring two electric or non-electric parameters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081227 |