Способ измерения аналоговой величины с коррекцией результата Советский патент 1991 года по МПК H03M1/06 

ел

С

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для повышения точности цифровых измерений аналоговых величин. Соответствующая организация последовательности операций позволяет получить скорректированные результаты цифрового измерения аналоговой величины в виде равенства Y_I = X_I + 1/K(δ_I + Aδ_I-1 + A²δ_I-2 + A³δ_I-3 + ... + A^I-1δ₁), где X_I - истинное значение измеряемой величины в I=м такте

δ_I - погрешность измерения в I=м такте

K*9810 и A*981 - постоянные коэффициенты. Устройство, реализующее способ, имеет разомкнутую структуру. 1 ил.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено дл« повышения точности цифровых измерений аналоговых величин.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения необходимости в сверхдискретизации.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы выборки-хранения, аналоговые умножитель 3 и вычитатель 4, измерительный усилитель 5, аналогр-цифровой преоб- раэонатель (АЦП) 5, вычислительное устройство 7 и шину 8 тактовых импульсов.

Способ осушест вляют следующим образом.

Производят выборку измеряемой аналоговой величины {Xi}, i 1, N, где N - количество тактов измерений. В каждом такте из

текущего (1-го) отсчета Х| вычитают предварительно умноженный на положительный коэффициент а 1 предыдущий-, (i - 1)-й, отсчет а Хы и полученный разностный аналоговый сигнал Xi - а Хы усилизают в К раз, в результате чего получают аналоговый сигнал, равный

Zi K(X|-a Хы), i 1, N. Этот аналоговый сигнал измеряют с помощью нескорректированного цифрового измерителя аналоговой величины (АЦП), имеющего функцию преобразования

Y f(Z) 2+6. где д - погрешность, и получают цифровой код

YI - f(Zi) K(Xi - а Хы) + d|. I - Ti N. Этот код делят на К и получают

А к

0 VI ГО

сл о со

Y, - X, -а

Хы +

I 1. N

Сложением кода YI с кодом а YI-I получают скорректированные результаты измеряемой аналоговой величины причем 1 - 1

Y|- Vj ha Y| -1 Х| 4 у Г aMj - . 14 1 0

M7N.1JПри выводе формулы (1) полагаем, что Хо - 0 (а следовательно, Y0 0), так как выборка {Xi} измеряемой величины включает отсчеты в дискретном множестве точек i ТТЛ.

Таким образом, из (1) видно, что способ позволяет значительно уменьшить систематическую и случайную составляющие погрешности соответствующим выбором постоянных коэффициентов К, а. Очевидно, что погрешность измерения тем меньше, чем больше К и меньше а. Максимальное значение К зависит от частотных (динамических) свойств измеряемого сигнала и шага (периода) его дискретизации. При выборе К должно соблюдаться условие.

Км

(2)

макс ( X, - а X i - 1 ) i -1,N

где L - значение динамического диапазона измерителя (АЦП).

Согласно формуле (1) уменьшение коэффициента а приводит к уменьшению по- грешност измерения. Однако из (2) видно, что уменьшение может привести к уменьшению и наибольшего значения Кмакс, т е. эти параметры взаимосвязаны Поэтому необходимо выбирать такое их сочетание, при которомчЗ F(K, aj - мин

УСФОИСТБО работает следующим обрз зом

В первый так г работы элемент 1 еыбор- ки-хранвнин из измерения X делает выборку Xi которая поступает на неинвертирующий вход аналогсрого вычитателя 4, на инвертирующий вход которого поступает сигнал а Х0 0 с выхода умножителя 3. Разностный сигнал Xi a Хп с выхода вичитатепя усиливается измерительным усилителем 5 в К раз, и полученный сигнал Zi - К(Х а Хо) преобразуется с помощью АЦП 6 о код.

I

Yi К{ а X0)i-r5i

Л,

где (Ч реализация погрешности АЦП 5 Р 1 м такте, JUT юд в управляющем вычис лительном устройстве 6 делится и К, и под

Yi - X i а Хо т - -- Хч - - .

IN5v

являющийся скорректированным рсзульта- том первого измерения, заносится в память управляющего вычислительного устройства 6. Таким образом, Yi YI

0

5

Во втором такте в элементе 2 выборки- хранения формируется сигнал Xi предыдущего отсчета, а элемент 1 выборки-хранения производит отсчет Х2 из измеряемой величины X. Затем разностный аналоговый сигнал Х2 - а Xi усиливается и усиленный сигнал 2.1 К(Х2 - а Xi) подается на вход АЦП 6, на выходе которого получается код

Y2 К(Х.-а Xi) + 5z, где дг - реализация погрешности АЦП 6 в такте 2.

В управляющем вычислительном устройстве 7 этот код делится на К, и полученный код

62

Y2 -(X2-a-Xi) +

К

20

25

30

35

40

45

55

складывается с кодом aYi aYi, в результате чего получается скорректированное значение измеряемой величины Х2. Действительно,

Y2 - Y2 f aYi X2 - aXi aXi +

К

- X2-f-l-(d2+a«5O

Аналогичным образом после третьего такта получим

Y3 Уз - aY2- Хз - аХз +

+ + а Х2 -t 4- ( а & + a2 di )

ININ

-Хз + I f(53 - -a. 4 a2 61 ) К

Далее описанный выше процесс измерения повторяется периодически в интервале наблюдения измеряемой величины и в общем случае скорректированные результаты измерений описываются обобщенной формулой (1).

Формула изобретения Способ измерения аналоговой величины с коррекцией результата, заключающийся в том, что одновременно с выборкой запоминанием каждого текущего значения измеряемого сигнала, формируют опорный аналоговый сигнал с последующим вычитанием опорного аналогового сигнала из каждого дополнитетьного текущего значения измеряемого сигнала, формируют код, пропорциональный измеряемому сигналу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формирование опорного аналогового сигнала осуществляют путем запоминания каждого предыдущего значения измеряемого сигнала с последующим умножением его на положительный коэффициент а, меньший единицы, а полученный после вычитания разности сигнал усиливают в К раз, при этом формирование кода, пропорционального измеряемому сигналу,

осуществляют в первом такте путем формирования кода, пропорционального усиленному разностному сигналу, с последующим делением его на К, полученный в первом такте код запоминают, формируют корректирующий код путем умножения запомненного кода первого такта на коэффициент а,

запоминают корректирующий код, а формирование кода, пропорционального измеряемому сигналу, начиная с второго такта осуществляют суммированием кода, пропорционального усиленному разностному сигналу текущего измерения, и корректирующих кодов предыдущих измерений.