ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕРЯЕМОГО ПАРАМЕТРА В ОСРЕДНЕННЫЙ ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ Советский патент 1968 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к области измерительной техники.

Известен способ повышения точности измерения (преобразования) путем объединения нескольких (n) каналов преобразования в систему, содержащую осредняющее устройство, выходной сигнал которого равен среднему арифметическому значению выходных сигналов объединенных каналов.

К недостаткам указанного способа относятся, во-первых, сложность аппаратурной реализации осредняющего устройства, относительная погрешность которого должна быть в несколько раз (порядка n) меньше относительной погрешности каналов преобразования и, во-вторых, малая надежность системы, так как отказ любого канала может сопровождаться появлением на его выходе сигнала, значительно отличающегося от истинного, и существенно повлиять на среднее арифметическое значение сигналов всех каналов. Для повышения надежности в систему вводят устройство обнаружения и выключения неисправных каналов, однако наличие этого устройства значительно усложняет всю систему.

Целью настоящего изобретения является упрощение системы, а также повышение ее надежности путем осреднения выходных сигналов несколько каналов в виде медианы, а не в виде среднего арифметического значения. Как известно, медиана выгодно отличается от последнего тем, что она не меняется при любых изменениях аргумента на краях распределения. Это свойство медианы позволяет не выключать отказавшие каналы из системы и таким образом упростить ее при одновременном повышении надежности.

Указанная цель достигается тем, что в систему объединяются каналы, в каждом из которых производится сравнение преобразованного физического параметра с выходным сигналом системы и формируется сигнал рассогласования. Сигналы рассогласования каждого канала ограничивают с двух сторон и суммируют все ограниченные сигналы. Усиленная сумма ограниченных сигналов является выходным сигналом системы.

Систему преобразования можно рассматривать как систему автоматического регулирования (САР). По отношению к внешним воздействиям она может быть построена как астатическая или как статическая.

Сущность изобретения поясняется на частном примере астатической системы (содержащей интегрирующий элемент) с помощью чертежа.

На чертеже изображена блок-схема преобразования физического параметра n в осредненный выходной сигнал x.

Физический параметр n воздействует на входные преобразователи 1, выходной сигнал х - на элементы обратной связи 2. Выходы элементов обратной связи и входных преобразователей соединены попарно со входами элементов 3, выходы которых соединены со входами ограничителей 4. Ограниченные с двух сторон сигналы рассогласования суммируются сумматором 5, а выходной сигнал сумматора усиливается интегрирующим усилителем 6.

Сигнал на выходе двустороннего ограничителя каждого канала является (приближенно) сигнум-функцией выходного сигнала элемента сравнения этого канала (сигнала рассогласования) и зависит от соотношения величины физического параметра n и выходного сигнала x, а также от «индивидуальных» погрешностей элементов данного канала.

Как и в обычной астатической САР, в установившемся режиме сигнал на входе интегрирующего усилителя равен нулю, т.е. равна нулю сумма всех ограниченных сигналов рассогласования. Сумма нескольких сигнум-функций равна нулю только тогда, когда количество функций, имеющих аргументы отрицательного знака, равно количеству функций, имеющих аргументы положительного знака (часть функций может иметь аргумент, равный нулю). Из этого следует, что в установившемся режиме выходной сигнал x соответствует медиане сигналов всех каналов системы.

Устойчивость САР астатической достигается более сложными средствами, чем устойчивость САР статической (не содержащей интегрирующего элемента).

К двусторонним ограничителям в статической системе предъявляются менее жесткие требования в отношении порога ограничения и крутизны характеристики в области сигналов рассогласования, близких к нулю. Как и в обычных САР, точность статической системы меньше точности астатической и зависит от коэффициента усиления всей системы.

При отказе какого-либо канала сигнал на выходе его ограничителя становится постоянно равным нулю или порогу ограничения с положительным либо отрицательным знаком, т.е. влияние сигнала отказавшего канала на выходной сигнал системы не больше, чем влияние сигнала работоспособного канала, имеющего погрешность на краю распределения. Отказ канала с сигналом постоянного, равным нулю, эквивалентен выключению одного канала из системы. Вероятности отказов с сигналами рассогласования, постоянно имеющими положительный или отрицательный знаки, обычно равны между собой. Отказ пары каналов с разными знаками эквивалентен выключению двух каналов из системы.

Преобразователь измеряемого параметра в осредненный выходной сигнал, содержащий входной преобразователь, элемент сравнения и элемент обратной связи в каждом канале, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, на выходе каждого из каналов включен двусторонний ограничитель, причем выходы всех ограничителей через сумматор соединены со входом интегрирующего усилителя, выход которого подключен ко входу элемента обратной связи каждого канала.