Способ автономных измерений физических величин Советский патент 1993 года по МПК G01D21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автономных измерительных систем физических величин при отсутствии внутри систем мер и численного выражения единиц измерения этих величин, например, для очувствления робототехнических систем третьего поколения, функционирующих автономно от человека в космическом пространстве, глубинах океана и других отдаленных от человека средах

Цель изобретения - повышение точности измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформативным компонентам физической величины.

На фиг. 1-3 показаны структурные схемы автономных измерительных систем, реализующих заявленный способ

Автономная измерительная система (фиг.1) интенсивности излучения объектов 1 и 2 содержит две системы 3 и 4 наведения и фокусировки, каждая из которых подключена к соответствующим блокам 5 и 6 из двух идентичных одинаково направленных первичных измерительных преобразователей, соответственно 7 и 8. 9 и 10, в качестве которых использованы фотоприемные матрицы. Первичные измерительные преобра-г зователи 8 и 10 экранированы от излучения видимого спектра. Первичные измерительные преобразователи 7 и 8 первого блока 5 через соответствующие измерительные преобразователи 11 и 12 подключены к первому блоку 13 вычитания, а первичные измерительные преобразователи 9 и 10 второго блока 6 через соответствующие измерительные преобразователи 14 и 15 подключены к

00

го

Јь

01

ю о

ю

второму блоку 16 вычитания. Выходы блоков 13 и 16 вычитания подключены к соответствующим блокам 17 и 18 памяти, выходы которых подключены соответственно к первым входам управляемых коммутаторов 19 и 20, подключенных своими выходами к входам третьего блока 21 вычитания, Выход блока 21 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 19, через инвертор 22 - к второму входу управляемого коммутатора 20, аноду диода 23 и катоду диода 24, вторые электроды которых через соответствующие резисторы 25 и 26 подключены к общей точке схемы. Катод диода 23 подключен к входу формирователя 27, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 19 и входу первого счетчика 28. Анод диода 24 подключен к входу формирователя 29, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 20 и входу второго счетчика 30.

Автономная измерительная система (фиг.2) интенсивности излучения объекта 31 содержит систему 32 наведения и фокусировки, подключенную к блоку 33 из двух идентичных одинаково направленных первичных измерительных преобразователей 34 и 35, в качестве которых использованы фотоприемные матрицы. Первичный измерительный преобразователь 35 экранирован от излучения видимого спектра. Первичные измерительные преобразователи 34 и 35 блока 33 через соответствующие измерительные преобразователи 36 и 37 подключены к первому блоку 38 вычитания, выход которого подключен к входу управляемого коммутатора 39, к управляющему входу которого через формирователь 40 подключен генератор 41. Выходы коммутатора 39 подключены соответственно к входам первого и второго блоков 42 и 43 памяти, выходы которых подключены соответственно к первым входам управляемых коммутаторов 44. 45, подключенных к второму блоку 46 вычитания. Выход блока 46 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 44.через инвертор 47 - к второму входу управляемого коммута тора 45, аноду диода 48 и катоду диода 49, вторые электроды которых через соответствующие резисторы 50 и 51 подключены к общей точке схемы. Катод диода 48 подключен к входу формирователя 52, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 44 и входу первого счетчика 53. Анод диода 49 подключен к входу формирователя 54, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 45 и входу второго счетчика 55

Автономная измерительная система (фиг.З) интенсивности излучения объектов 56 и 57 содержит две системы 58 и 59 наведения и фокусировки, каждая из которых

через соответствующие двухпозиционные диафрагмы 60 и 61 связана с первичными измерительными преобразователями 62 и 63, подключенными через соответствующие измерительные преобразователи 64 и 65 к

входам управляемых коммутаторов 66 и 67. к управляющим входам которых через формирователь 68 подключен генератор 69. Выход формирователя 68 через усилитель 70 и привод 71 связан с двухпозиционными диафрагмами 60 и 61, предназначенными для экранирования первичных измерительных преобразователей 62 и 63 от излучения видимого спектра в одном из тактов измерения. Выходы коммутатора 66 подключены

соответственно к входам первого и второго

блоков 72 и 73 памяти, подключенных к входам первого блока 74 вычитания, а выходы коммутатора 67 подключены соответственно к входам третьего и четвертого блоков 75

и 76 памяти, подключенных к входам второго блока 77 вычитания. Выходы блоков 74 и 77 вычитания через соответствующие пятый и шестой блоки 78 и 79 памяти подключены к первым входам управляемых коммутаторов 80 и 81, выходы которых подключены к входам третьего блока 82 вычитания. Выход блока 82 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 80, через инвертор 83 - к второму входу управляемого

коммутатора 81, аноду диода 84 и катоду диода 85. вторые электроды которых через соответствующие резисторы 86 и 87 подключены к общей точке схемы. Катод диода 84 подключен к входу формирователя 88,выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 80 и входу первого счет- чика 89. Анод диода 85 подключен к входу формирователя 90, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 81

и входу второго счетчика 91.

Способ осуществляется следующим образом.

При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг. 1. вследствие действия системы 3 наведения и фокусировки интенсивность излучения объекта 1 видимого спектрального диапазона воспринимается первичным измерительным пре- образователем 7, входящим в блок 5. Кроме того, первичными избирательными преобразователями 7 и 8. которые составляют блок 5. воспринимаются и другие виды излучения, проникающие через экран преобразователя 8 и не обязательно связанные с

объектом 1, например, жесткое излучение. Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона обьекта 1 первичным измерительным преобразователем 8 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимается. Сигналы с преобразователей 7 и 8 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях 11 и 12 поступают на входы блока 13 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 1 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 8, например, жесткое излучение, не связанное с объектами 1 и 2. на точность измерения не влияют. Вследствие действия системы 4 наведения и фокусировки интенсивность излучения обьекта 2 видимого спектрального диапазона воспринимается первичным измерительным преобразователем 9 и первичным измерительным преобразователем 10, которые составляют блок 6, воспринимаются и другие виды излучения, проникающие через экран преобразователя 10 и не обязательно связанные с объектом 2, например, жестко излучение. Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона объекта 2 первичным измерительным преобразователем 10 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимаются. Сигналы с преобразователей 9 и 10 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях 14 и 15 поступают на входы блока 16 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 2 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 10, на точность измерения не влияют. Первое и второе значения сигналов с выходов блоков 13 и 16 вычитания записываются, соответственно, в блоки 17 и 18 памяти, откуда через первые входы коммутаторов 19 и 20 поступают на входы третьего блока 21 вычитания. Положительный разностный сигнал с его выхода через диод 23 поступает на формирователь 27, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 28. В данном случае мерой служит воспринимаемое значение интенсивности излучения второго обьекта 2. Сигнал с формирователя 27 поступает также на управляющий вход коммутатора 19, отключая от него блок 17 памяти и подключая к нему выход блока 21 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 2.

Положительный разностный сигнал через диод 23 поступает на формирователь 27, с выхода которого еще один бит информации записывается в первый счетчик 28. Процесс 5 продолжается до n-го такта, когда результат вычитания становится отрицательным. Запись информации в первый счетчик 28 прекращается, а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимае10 мой интенсивности излучения первого объекта 1 над воспринимаемой интенсивностью излучения второго объекта 2 более, чем в п- - 1 раз, но менее, чем в п раз. Сигнал с формирователя 27 переключает коммутатор

15 19 в исходное состояние. При отрицательном результате вычитания содержимого первого и второго блоков 17 и 18 памяти сигнал с выхода блока 21 вычитания через диод 24 поступает на формирователь 29, с

0 выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 30. Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения первого объекта 1. Сигнал с формирователя 29 поступает так5 же на управляющий вход коммутатора 20, отключая от него блок 18 памяти и подключая к нему выход инвертора 22, подключенного к выходу блока 21 вычитания. В этом такте сигнал на выходе блока 21 вычитания

0 равен сумме значения интенсивности излучения первого объекта 1 и первого результата на выходе блока 21, Отрицательный сигнал через диод 24 поступает на формиро- . ватель 29, с выхода которого еще один бит

5 информации записывается во второй счетчик 30. Далее в результате совместной работы инвертора 22 и блока 21 вычитания процесс сложения продолжается до т-го такта, когда результат становится положи0 тельным. Запись информации во второй счетчик 30 прекращается, а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго обьекта 2 над восприни5 маемым значением интенсивности излучения первого объекта 1 более, чем в m - 1 раз, но менее, чем в m раз. Сигнал с формирователя 29 переключает коммутатор 20 в исходное состояние.

0 При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг.2, вследствие действия системы 32 наведения и фокусировки интенсивность излучения объекта 31 видимого сректрального диапазона вос5 принимается первичным измерительным преобразователем 34, входящим в блок 33. Кроме того, первичным измерительным преобразователем 34 и первичным измерительным преобразователем 35. которые составляют блок 33, воспринимаются и другие виды излучения, проникающие через экран преобразователя 35 и не обязательно связанные с объектом 31. например, жесткое излучение. Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона объекта 31 первичным измерительным преобразователем 35 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимается. Сигнал ы с преобразователей 34 и 35 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях 36 и 37 поступают на входы блока 38 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 31 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 35. например, жесткое излучение, не связанное с объектом 31, на точность измерения не влияют. Первое значение сигнала с выхода блока 38 вычитания поступает на вход коммутатора 39, выход которого в данный момент времени подключен к первому блоку 42 памяти. В результате в него записывается воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31 в данный момент времени. В следующий момент времени, определяемый частотой генератора 41, с формирователя 40 на коммутатор 39 поступает сигнал, переключающий его выход на оход второго блока 43 памяти. В результате в него записывается следующее воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31. Частота опроса может быть изменена изменением частоты генератора 41. Первое и второе значения измеренных сигналов с блоков 42 и 43 памяти через коммутаторы 44 и 45 поступают на вход блока 46 вычитания. Положительный разностный сигнал с его выхода через диод 48 поступает на формирователь 52, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 53. В данном случае мерой служит второе воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31. Сигнал с формирователя 52 поступает также на управляющий вход коммутатора 44, отключает от его входа блок 42 памяти и подключает к нему выход блока 46 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и второго воспринимаемого значения интенсивности излучения объекта 31. При положительной разности сигнал через диод 48 поступает на формирователь 52, с выхода которого еще один бит информации записывается в первый счетчик 53. Процесс продолжается до n-го такта, когда результат вычитания становится отрицательным. Запись информации в первый счетчик 53 прекращается, а результат записанный в него.

характеризует уменьшение восгхринимае- мого значения интенсивности излучения объекта 31 более, чем в п - 1 раз, но менее чем в п раз, в течение взятого интервала

опроса. Сигнал с формирователя 52 переключает коммутатор 44 в исходное состояние. При отрицательном результате вычитания содержимого первого и второго блоков 42 и 43 памяти сигнал с выхода блока 46 вычитания

0 через диод 49 поступает на формирователь 54. с выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 55. Мерой в данном случае служит первое воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта

5 31. Сигнал с формирователя 54 поступает также на управляющий вход коммутатора 45, отключает от его входа блок 43 памяти и подключает к нему выход инвертора 47, подключенного к выходу блока 46 вычитания. В

0 этом также сигнал на его выходе равен сумме первого воспринимаемого значения интенсивности излучения объекта 31 и первого результата на выходе блока 46. Отрицательный сигнал с выхода блока 46 через диод 49

5 поступает на формирователь 54, с выхода которого еще один бит информации записывается во второй счетчик 55. Далее в результате совместной работы инвертора 47 и блока 46 вычитания процесс сложения про0 должается до т-го такта, когда результат становится положительным. Запись информации во второй счетчик 55 прекращается, а результат, записанный в него, характеризует увеличение воспринимаемого значе5 ния интенсивности излучения объекта 31 более, чем в m - 1 раз, но менее, чем в m раз, в течение взятого интервала опроса. Сигнал с формирователя 54 переключает коммутатор 45 в исходное состояние.

0 При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг.З, оследст- вне действия системы 58 наведения и фокусировки комплексная физическая величина, включающая компоненты излучения как

5 связанные, так и не связанные с контролируемым объектом 56. через открытую диафрагму 60 поступает на первичный измерительный преобразователь 62 и далее через измерительный преобразователь 64 и управляемый

0 коммутатор 66 записывается в блок 72 памяти. Одновременно вследствие действия си- стемы 59 наведения и фокусировки комплексная физическая величина, включающая компоненты излучения как связан5 ные, так и не связанные с контролируемым объектом 57, через открытую диафрагму 61 поступает на первичный измерительный преобразователь 63 и далее через измерительный преобразователь 65 и управляемый коммутатор 67 записывается в блок 75 памяти. Затем в результате работы генератора 69 сигнал с формирователя 68. поданный на управляющие входы коммутаторов 66 и 67, переключает их выходы с входов первого и третьего блоков 72 и 75 памяти на входы второго и четвертого блоков 73 и 76 памяти соответственно. Одновременно сигнал с формирователя 68 после усиления в усилителе 70 поступает на вход привода 71, который переводит диафрагмы 60 и 61 во второе положение. В результате излучение видимого спектрального диапазона обьектов 56 и 57 на соответствующие первичные измерительные преобразователи 62 и 63 не поступает. Компоненты излучения, проникающие через диафрагму 60, поступают на первичный измерительный преобразователь 62 л далее через измерительный преобразователь 64 и управляемый коммутатор 66 записывается в блок 73 памяти. Одновременно компоненты излучения, проникающие через диафрагму 61, поступают на первичный измерительный преобразователь 63 и далее через измерительный преобразователь 65 и управляемый коммутатор 67 записываются в блок 76 памяти.

Сигналы с блоков 72 и 73 памяти поступают на входы блока 74 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о компонентах излучения объекта 56. которые экранировались диафрагмой 60. Сигналы с блоков 75 и 76 памяти поступают на входы блока 77 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о компонентах излучения объекта 57, которые экранировались диафрагмой 61. Жесткое излучение, не связанное с обьектами 56 и 57, на точность измерения не влияет. Сигналы с выходов блоков 74 и 77 вычитания после записи в соответствующие блоки 78 и 79 памяти через коммутаторы 80 и 81 поступают на входы блока вычитания, При положительном результате сигнал с его выхода через диод 84 поступает на формирователь 88, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 89. Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения второго объекта 57, Сигнал с формирователя 88 поступает также на управляющий вход коммутатора 80, отключает от его входа блок 78 памяти и подключает к нему выход блока 82 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57. При положительной разности сигнал через диод 84 поступает на формирователь 88, с выхода которого еще один бит информации записывается в первый счетчик 89 Процесс продолжается до n-го такта, когда результат вычитания становится отрицательным. Запись информации в первый счетчик 89 пре- 5 кращается, а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57 более, чем в п - 1 раз, но менее, чем в п раз. Сигнал с формирователя

0 88 переключает коммутатор 80 в исходное состояние. При отрицательном результате вычитания содержимого пятого и шестого блоков 78 и 79 памяти сигнал с выхода блока 82 вычитания через Диод 85 поступает на

5 формирователь 90, с выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 91. Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения первого объекта 56. Сигнал с фор0 мирователя 90 поступает также на управляющий вход коммутатора 81 и переключает его вход с выхода блока 79 памяти на выход инвертора 83, подключенного к выходу блока 82 вычитания. В этом такте сигнал на

5 выходе блока 82 вычитания равен сумме врспринимаемого значения интенсивности излучения первого обьекта 56 и первого результата на выходе блока 82. Отрицательный сигнал через диод 85 поступает на

0 формирователь 90, с выхода которого еще один бит информации записывается во второй счетчик 91. Далее в результате совместной работы инвертора 83 и блока 85 вычитания процесс сложения воспринимае5 мого значения интенсивности излучения первого объекта 56 и предшествующего результата сложения на выходе блока 82 продолжается до m-го такта, когда результат становится положительным. Запись инфор0 мации во второй счетчик 91 прекращается, а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57 над воспринимаемым значением

5 интенсивности излучения первого объекта 56 более, чем m - 1 раз. Далее сигнал с формирователя 90 переключает коммутатор 81 в исходное состояние.

Использование данного изобретения

0 позволяет строить информационно-измерительные системы физических величин без предварительного создания и хранения эталонов или мер этих величин и повышает точность измерения при неселективности

5 первичных измерительных преобразователей к неинформативным компонентам измеряемой физической величины.

Формула и з обретения Способ автономных измерений физических величин по авт.св. № 1755052, о т л и ч аю щ и и с я тем. что с целью повышения точности измерений, физическую величину воспринимают последовательно или параллельно во времени с помощью блока или блоков соответственно из двух идентичных первичных измерительных преобразователей, один из которых в каждом блоке экранирует от одной или нескольких компонентов физической величины, а для последующей обработки запоминают разностные преобразованные физические величины первичных измерительных преобразователей блока или блоков.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автономных измерительных систем физических величин без предварительного создания и хранения эталонен или мер этих величин, например для очувствления робототехнических систем третьего поколения, функционирующих автономно от человека. Целью изобретения является повышение точности измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформированным компонентам физической величины. Физическую величину воспринимают последовательно или параллельно во времени с помощью блока или блоков соответственно из двух идентичных первичных измерительных преобразователей, один из которых в каждом блоке экранирует от одной или нескольких компонентов физической величины, а для последующей обработки запоминают разностные преобразованные физические величины с выходов первичных измерительных преобразователей блока или блоков, 3 ил. Ё

Фиг.1.

Фиг. L

s.°

VO / I