Повышение точности и помехозащищённости средств измерений
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Курсовая работа
на тему: ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПОМЕХОЗАЩИЩЁННОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
Наблюдается постоянная тенденция возрастания требований к точности измерений и соответственно, к совершенствованию измерительной техники. В последние два десятилетия существенный скачок в развитии СИ связан с успехом естественных наук. Здесь стоит отметить освоение макроскопических квантовых эффектов: Мейснера, Джозефсона, Холла. Также нашли свое применение мощные когерентные источники излучения в оптическом радиодиапазоне, прежде всего разработку лазерной спектроскопии высокого разрешения (ЛСВР), включающую спектроскопию поглощения, гамма спектроскопию. Использование перечисленных эффектов даёт возможность достижения предельной точности измерений, ограничивающейся только принципом неопределённости В. Гейзенберга.
Среди факторов, оказывающих значительное влияние на развитие приборостроения и измерительной техники являются также введение средств вычислительной техники (СВТ) в измерительную цепь (распространение СВТ на функции управления экспериментом и принятие решений) и удовлетворение возрастающих требований науки и промышленности к качеству измерений. Первый обуславливает возможность создания СИ нового поколения - интеллектуальных СИ (сенсоры, контрольно измерительные системы, использующие базы знаний и нейронные сети). Второй из этих факторов даёт толчок к непрерывному поиску новых принципов измерений при создании СИ. Таким образом, выход на естественные пределы измерений, компьютеризация СИ а также возрастание требований к качеству измерений приводит к тому что точность СИ становится ключевой проблемой приборостроения и при её решении необходимо использовать математический аппарат теории вероятности и математической статистики, теорию информации и планирования эксперимента, системный анализ, теорию множеств (в том числе и теорию нечетких множеств), теорию оптимальных алгоритмов, функциональный анализ, теорию искусственного интеллекта и др.
1. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ СИ
Методы повышения точности СИ можно разделить на следующие:
) Метод многократных наблюдений;
) Метод многоканальных измерений;
) Структурные методы;
) Методы параметрической стабилизации.
В свою очередь структурные методы могут быть методами стабилизации статической характеристики или методами коррекции статической характеристики. Эти две группы условно можно объединять в одну - методы уменьшения статических погрешностей. Существует большое многообразие структурных методов, и их в дальнейшем мы рассмотрим более подробно.
Обобщённая структурная схема методов повышения точности СИ представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Классификация методов повышения точности СИ
1.1 Структурные методы
Структурные методы основаны на том, что в состав средств измерений включаются дополнительные узлы, элементы и меры, обеспечивающие повышение точности этих средств измерений за iет информации, полученной с их помощью. Структурные методы повышения точности средств измерений подразделяют на методы, обеспечивающие стабилизацию статической характеристики средства измерений, и методы, основанные на коррекции этой характеристики.
Уменьшение аддитивной погрешности.
Погрешность преобразования имеет вид:
где - аддитивная погрешность;
- мультипликативная погрешность;
Эффективность структурных методов можно оценить, например, отношением математических ожиданий квадрата ошибки в исходном СИ и в СИ с коррекцией:
или отношением соответствующих дисперсий.
Для уменьшения аддитивной составляющей погрешности часто используют последовательные корректирующие звенья. Пусть элемент СИ имеет характеристику и погрешность, приведённая к входу где - оператор, соответствующий преобразованию, причем функцию преобразования f можно изменять.
Пусть в измерительную цепь включено последовательное корректирующее звено с функцией и погрешностью между входным сигналом x и исходным СИ (смотреть рисунок 2.). Для случая линейных элементов, т.е. постоянных функций преобразования сигнал на выходе имеет вид:
y
Рисунок 2 - Линейная схема с последовательным соединением элементов
За iёт уменьшения можно снизить составляющую , т.е. аддитивную погрешность выходного сигнала; при этом должна быть пренебрежимо мала.
1.2 Метод отрицательной обратной связи
Метод отрицательной обратной связи (смотреть рисунок 1.3) реализуем только при наличии преобразовательных элементов или преобразователей, способных осуществлять преобразование выходного сигнала средства измерений во входной (обратный преобразователь). Создание таких преобразователей - часто сложная техническая задача. Применение данного метода обеспечивает уменьшение мультипликативной погрешности и погрешности нелинейности, а относительная аддитивная погрешность при этом не изменяется. В то же время использование метода приводит к уменьшению чувствительности средства измерения. Данный метод повышает точность средств измерения и наряду с методом параметрической стабилизации является наиболее распространенным. Разбёрем этот метод более подробно, поскольку он