Санкт-Петербург
Gennady I. Kozyrev
St. Petersburg
Санкт-Петербург
Andrei V. Nazarov
St. Petersburg
Санкт-Петербург
Vladimir S. Soldatenko
St. Petersburg
Санкт-Петербург
Valentin D. Usikov
St. Petersburg
Рассмотрены проблемы эксплуатации измерительных систем и изменения их параметров под действиемразличного рода дестабилизирующих факторов, в томчисле времени, причёмв наибольшей степени подобному влиянию подвержены первичные элементы измерительного тракта – датчики и преобразующая аппаратура. Отклонение значений параметров измерителей от номинальных значений приводит к существенным погрешностям при оценке неизвестного входного сигнала, что вызывает необходимость в текущей (в процессе эксплуатации) идентификации измерителя. Решена задача текущей идентификации параметров измерителя при неизвестных входных воздействиях. Процедура идентификации осуществляется введением дополнительного канала преобразования измеряемой величины в пространственной области. При этом преобразование измеряемой величины в дополнительном канале структурно-избыточного измерителя имеет вид предварительного функционального (нелинейного) преобразования m-й степени над входным сигналом. Решение задачи текущей идентификации рассмотрено для линейной статической характеристики основного канала измерительного преобразователя. Дополнительное уравнение при решении задачи текущей идентификации и проведении метрологического самоконтроля в интеллектуальном датчике представлено в виде регрессионной зависимости между выходными сигналами дополнительного и основного каналов структурно-избыточного измерителя. Неизвестные параметры регрессионного уравнения определены по результатам обработки временных отсчётов выходных сигналов дополнительного и основного каналов с помощью метода наименьших квадратов. Представлены зависимости среднеквадратической погрешности измерений входной величины от среднеквадратического значения шума измерений в выходных сигналах структурно-избыточного измерителя, динамики изменения входного сигнала и степени нелинейности m предварительного функционального преобразования в дополнительном измерительном канале. В ходе исследований выявлено, что форма и спектр входного сигнала на точность измерений влияют несущественно. Показано, что наибольшую точность измерений обеспечивает предварительное квадратичное (m=2) преобразование входного сигнала в дополнительном канале минимально-избыточного датчика. Результаты исследований можно использовать для метрологического самоконтроля в интеллектуальных датчиках или интеллектуальных измерительных системах.
The problems of operation of measuring systems and changes in their parameters due the influence of various kinds of destabilizing factors, including time, are considered, and the primary elements of the measuring path – sensors and converting equipment – are most susceptible to such an influence. The deviation of the values of the parameters of the measurers from the nominal values leads to significant errors in the assessment of the unknown input signal, which necessitates the current (during operation) identification of the measurer. The problem of the current identification of the measurer parameters under unknown input influences is solved. The identification procedure is carried out by introducing an additional channel for transforming the measured value in the spatial domain. In this case, the transformation of the measured value in the additional channel of the structurally redundant measurer has the form of a preliminary functional (nonlinear) transformation of the m-th power over the input signal. The solution to the current identification problem is considered for the linear static characteristic of the main channel of the measuring transducer. An additional equation in solving the problem of current identification and conducting metrological self-control in an intelligent sensor is presented in the form of a regression relationship between the output signals of the additional and main channels of the structurally redundant measurer. The unknown parameters of the regression equation are determined from the results of processing the time samples of the output signals of the additional and main channels using the least squares method. The dependences of the rms measurement error of the input quantity on the rms value of the measurement noise in the output signals of the structurally redundant measurer, the dynamics of the input signal change and the power of nonlinearity m of the preliminary functional transformation in the additional measuring channel are presented. In the course of research, it was revealed that the shape and spectrum of the input signal do not significantly affect the measurement accuracy. It is shown that the highest measurement accuracy is provided by the preliminary quadratic conversion of the input signal in the additional channel of the minimum-redundant sensor. The research results can be used for metrological selfcontrol in smart sensors or smart measuring systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.