Синтез интеллектуальных датчиков на основе введения минимальной структурной избыточности

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.

1. Мищенко С. В., Цветков Э. И., Чернышова Т. И. Метрологическая надежность измерительных средств: монография. М.: Машиностроение, 2001. 96 с.

2. Чернышова Т. И., Полухин В. И. Метод повышения метрологического ресурса средств неразрушающего контроля // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2011. № 3(34). С. 405–411.

3. Белозубов Е. М., Васильев В. А., Чернов П. С. Метрологический самоконтроль интеллектуальных датчиков измерительных и управляющих систем // Измерительная техника. 2018. № 7. С. 11–17. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-7-11-17

4. Singh V. R., Indian Journal of Pure & Applied Physics, January 2005, vol. 43, pp. 7–16 (in Indian).

5. Петров Б. Н., Викторов В. А., Лункин Б. В. Принцип инвариантности в измерительной технике. М.: Наука, 1976. 244 с.

6. Белорусец В. Б. Метод вспомогательных систем для идентификации динамических объектов при неизвестном входном сигнале // Автоматика и телемеханика. 1981. № 8. С. 76–82.

7. Marshall J. E., Electronic Letters, 1977, vol. 13, no. 18, pp. 539–540. http://dx.doi.org/10.1049/el:19770388

8. А.с. 399792 СССР. № 4725013/24. Телеметрическое устройство / Козырев Г. И., Ефремов О. Н., Жучков А. И., Степанов В. С. // Бюл. № 20 от 30.05.88.

9. Козырев Г. И., Шкляр С. В., Назаров А. В. Метод текущей идентификации измерительных систем на основе предварительного функционального преобразования // Автоматика и вычислительная техника. 2000. № 6. С. 22–28.

10. Аш Ж., Андре П., Бофрон Ж. и др. Датчики измерительных систем. М.: Мир, 1992. ч. 1. 480 с., ч. 2. 419 с.

11. Багдатьев Е. Е., Чернышов Ю. Н. Датчиковая аппаратура информационно-измерительных систем. М.: Московский государственный университет леса, 2008. 64 с.