Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов

(.сип).

Цель изобретения - повьпиение точ- но.сти и производительности поверки.

Способ автоматической поверки предусматривает получение уравнения шкалы или аналитической связи между углом поворота (tp) стрелочного индикатора и noKa3aHimhm по пкале (л). Эта связь мол вт быть в общем случае представлена полиномом второй степе- ни

Л ао -ь а,, ср -ь ,

ГД1Э а, а,, ag - коэфсЪидиенты поли-

нома.

В том случае, если значения коэффициентов в выражении (1) заранее известны и при этом погрешность аппроксимации значительно меньгае класс точности поверяемого прибора, первый этап не выполияется. Пусть F(x,y) - непрерывное изображение индикаторной части прибора, тогда дискретное изображение, полученное в результате сканирования по неполному растру, моушо представить

Р 1 J F(i,j) F(x,y)J ZI ZI P(x-iux,

-L i-l J-1

y-J&y),(2)

«

где второй сомножитель является дис- кретизирурадей функцией, состоящей из (l.,l) одинаковых импульсов Р(х,у)э, которые образуют реиетку с. шагом (их, йу). Обозначим дщскретное изображение, соответствующее нулевому показанию прибора, как F°(d,j).F°(i, заггомянается. При поступлении на вхо прибора эталонного воздействия указатель отклоняется и после окончания переходного процесса производят в со отЕ;етствии с выражением (2) преобразование соответствующего изображения, которое обозначим как F (i,j). Запоминают F (i,j). После этого про- изводят вычитаюте

E(i,jj F°(i,j) - F (i,j)

(3)

Причем в процессе вычитания произ водят формирование двух массивов, .. один из которых содержит изображение укязате; я flij.l), соответствующего

Ю 15

.-

25 . ,„

35

) 50

5

нулевому показанию, другой - Текущему f(i,j).

Формирова{ше происходит по следующему правилу:

f(i,j), f(i,j) VR(i,j), (4)

где

R(i,j) 5 О, I R(i,j) -f (i,j)

R(i,j) 6 0, |R(i,j)-f (i,j)

V - оператор, который, учитывая знак разности, производит формирование массивов;

R()- модуль разности, выполненный

, выражению (3),

Таким образом, в массиве f(i,) будет находиться изображение только указателя в нулевом положении, при этом другая информация (надписи, риски и т.д.) исчезает за счет вычи- тания. Аналогично массив f (i,j) хранит только изображение, соответ- , ствующее текугцему (после отклонения) положению указателя. После этого каж- дый элемент f(i,j.) и (i,j) сравнивают с порогом П и формируют два массива координат 5с,, Y,3 и х, Y, которые определяют положение указателя в системе координат XOY, т.е.

X.Y, f(i,j) , Xi,Y,

,). (5)

где Г J пЬи f(l,J) П,,

О при f(i,j) i П,

s - пороговая функция; f () - значе 1ие элементов массивов;П , и П - пороги.

Значения II,, П определяются путем анализа гистограмм распределения числовых значений элементов массивов fd, j) и (i,j). Эта гистограмма будет иметь двумодальный характер. Значение П будет соответствовать впадине между двумя пиками. Необходимость выбора двух порогов обусловлена тем, что в общем йлучае числовые значения массивов f (isj) и ) отличаются.

Затем координаты массивов x,,Y,J и Х, обрабатывают по методу наименьгшх квадратов, определяют угол поворота указателя следуюпшм образом:

. - - Y ., .- ,.-,

4 „ ../ - л jY

tsr, -

где X,, , - значения координат, on-, деляюпих исходно е положение указателя;

Хц i - значения , оп- Ю редёляюиц х текущее (в результате пepeмep eния) положение указателя. Угол поворота указателя ср рассчитывается как15

ц arctg (у, - arctg ti

Значение этого угла поворота подставляется в выражение (1) и определяется значение измеряемой величины А. Посла этого, зная значение эталонного сигнала А, который подается на .поверяемый прибор, вычисляют погрешность измерения

- Ji А - А„.(8)

На фиг.1 приведена блок-схема уст ройства для осуществления способа; на фиг.2 - функциональная схема блока программно-управляемого сканиро- вания.

Устройство для осуществления соба содержит последовательно соединенные поверяемый прибор 1 , оптическую систему 2, передающую телевизион кую камеру 3, блок 4 программно-управляемого сканирования, блок 5 управления и обработки и блок 6 формирования калиброванных сигналов, выход которого подключен к входу по- веряемого прибора 1. При этом второй выход блока 5 управления и обработки подключен к управляемому входу блока 4 программно-управляемого сканирования.

Блок 4 программно-управляемого сканирования (фиг.2) содержит последовательно соединенные усилитель 7, преобразователь 8 напряжение - код, блок 9 сопряжения, блок 10 управления, блок 11 памлти и формирователь 12 окна считывания, выход которого подключен к второму входу преобразователя 8 напряжение - код, второй выход блока 10 управления подключен к входу блока 11 памяти, второй вход которого является выходом блока 4, вход усилителя 7 является входом, а

Ю15

20

30

;- 35 40 45

выход блока 9 сопряжения является вторым выходом блока 4 программно- управляемого сканирования.

Устройстао работает следуки щм образом.

Изображение индикаторной части поверяемого прибора 1 через оптическую систему 2 проецируется на фоточувствительную поверхность телевизионной камеры 3. С помощью блока 4 программно-управляемого сканирования изображение сканируется по минимальному для заданной точности количеству столбцов (строк), квантуется во времени и по уровню и записьгеается в блок 5 обработки и управления, причем число вводимых столбцов (строк) и шаг между ними определяются перед началом поверки, исходя из требуемой точности, и задаются программно в блок 4. После этого с выхода блока 6 формирования калиброванных сигналов, который управляется блоком 5, на поверяемый прибор 1 подается сигнал. Соответствующее новому показанию прибора изображение вновь записывается в память блока 5, который производит поэлементное вычитание двух изображений. В процессе поэлементного вычитания формируются два массива по следующему правилу: если знак разности между соответствзтох щми элементами двух изображений меньще нуля, то модуль этой разности расписывает-, ся в первый массив, при положительном знаке вычитания значение модуля . разности заносится во второй массив. Палзл1ают два массива, которые определяют нулевое и текущее положения указателя, после чего производят сравнение каждого элемента этих массивов с пороговым уровнем. Пороговый уровень определяют путем анализа гистограммы распределения числовых значений элементов, т.е. модулей разности.

Если результат сравнения элементов указанных массивов с пороговым уровнем положителен, то координаты этих элементов запоминаются в блоке 5 обработки и управления. При этом образуются два массива координат точек, которые определяют исходное и текущее (в результате перемещения) положения средней линии указателя поверяемого прибора 1, как две прямые линии. Эта информация обрабатывается

блоком 5, при этом угол наклона каждой прямой, соответствующей средней линии указателя, рассчитывается по методу наименьших квадратических отклонений или в соответствии с формулой (б). Значение угла поворота вы .числяется блоком 5 по формуле (7) Значение этого угла представляется в ранее определенное уравнение шкалы, которое связывает об и значение измеряемой величины А, считываемое по указателю. Таким образом, блок 5, используя уравнения (З) - (8), определяет погрешность измерения, котора хранится в памяти блока 5 или выводится на регистрирующее устройство (на фиг,1 не показано) в виде протокола поверки,

1)Лок 4 работает следую1 им образом Перед началом поверки в блок 11 памяти из блока 5 записываются значения, определяюрдае размер и положение вводимого фрагмента изображения, а также количество вводимых столбцов и шаг между ними. После подлчи соответствующей команды с блока 5 начинает работу блок 10 управления, который синхронизирует работу формирова- теля 12 окна считывания. При этом происходит выбор из блока 11 памяти ранее записанных значений и запись и в счет чики формирователя 12 окна считывания, который определяет окно сканирования и выдает соответствующие: этому окну импульсы управления на преобразователь 8, Преобразователь 8 формирует цифровой код яркост ка :дой точки растра сканирования и с помощью блока 9 сопряжения передает их в блок 5, где происходит обработка по изложенному методу. Усилитель 7 усиливает и нормирует входной сигнал по уровню.

Преяугагаемое устройство позволит по сравнению с известным повысить производительность поверки путем исключения подготовительных операций перед поверкой каждого прибора, повы сить точность и помехоустойчивость за счет обработки нескольких линий телевизионного растра и применения статистических методов обработки, расширить область применения, имея возможность поверки любых стрелочных приборов без занесения на шкалу вспомогательной информации.

0

5 о n j

5

5

Формула изобретения

1.Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, основанный на обработке изображения индикаторной части измерительного прибора, заключаю1 щйся в определении угла поворота стрелочного индикатора измерительного прибора и сравнения его с заданныш значениями углов, на которых располагаются оцифрованные отметки, и определении по- грещности при подаче на поверяемьтй

:прибор сигнала от источника эталонных сигналов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производительности и точности, устанавливают связь между углом поворота стрело чного указателя и считываемым указателем, сканируют изображение индикаторной части прибора по минимальному количеству столбцов (строк) для заданного значения погрешности, запоминают изображение, соответствующее нулевому показанию прибора, задают дискретно возрастаюп{ий (убы- ваюгщй) сигнал и запоминают второе изображение, соответствующее новому показанию прибора, вычитают одно изображение из другого,, выделяя массивы с отрицательными и положительными результатами вычитания, производят сравнение числовых значений элементов этих массивов с пороговым уровнем, получают при этом два массива координат точек, определяющих положение средней линии указателя, определяют коэффициенты уравнения , двух прямых, проходягщх через эти точки с минимальным среднеквадратичет- ским отклонением, вычисляют разность коэффициентов и соответствующий этой разности угол поворота указателя, по которому определяют показание стрелочного прибора и вычисляют по- грещность измерения.

2.Способ , о тли ч аю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, устанавливают связь между углом поворота стрелочного указателя и считываемым показанием, определяют углы поворота стрелочного указателя, при совмещении указателя с оцифрованными отметками запоминают их и определяют коэффициенты полинома второй степени, связывающего угол поворота и показание.

713

3« Устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, содержащее передающую телевизионную камеру, оптически соединен- ную с поверяемым прибором, блок обработки и управления, выход которого подключен к блоку формирования калиброванного сигнала, соединенного с . клеммами для подключения поверяемого прибора, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, точности, расиирения функциональных возможностей, в него введен блок программно-управляемого - сканирования, вход которого подключен к выходу телевизионной передающей камеры, а выход - к блоку обработки и управления, а управляющий вход блока программно-управляемого скани-

, К5л.5

рования подключен к второму выходу блока обработки и управления,

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок программно-управляемого сканирования содержит последовательно соединенные уси- литель, преобразователь напряжение - код, блок сопряжения, блок управления , блок памяти и формирователь окн считывания, выход которого соединен с вторым входом преобразователя напряжение - код, а второй вход - с вторым выходом блока управления, при этом вход усилителя является первым входом, вход блока памяти - управляющим входом, а выход блока сопряжения является выходом блока программно-управляемого сканирования.

Изобретение относится к электрог измерительной технике. Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов реализован в устройстве, содержащем передающую телевизионную камеру 3, поверяемый прибор 1, блок (к) 5 обработки и управления, Б 6 формирования калиброванных сигналов, Б 4 программно-управляемого сканирования, оптическую систему 2. Устанавливают связь между углом поворота стрелочного указателя (У) и считываемым У, сканируют изображение индикаторной части прибора по минимальному количеству столбцов для заданного значения погрешности, запоминают изображение, соответствующее нулевому показанию прибора, задают дискретно возрастающий сигнал и запоминают второе изображение, соответствующее новому показанию прибора, вычитают одно из другого, производят сравнение числовых значений элементов полученных массивов с порговым уровнем, находят две точки, определяюш 1е положение средней линии У, определяют коэффициенты уравнения двух прямых, проходяпшх через точки, вычитают их, находят по разности угол поворота У, по которому определяют показание стрелочного прибора, и вычисляют погрешность измерения. Способ точен и высокопроизводителен. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С Фи9.1