1.4. Первичная обработка данных в асутп

1. Задача первичной обработки данных.

2. Примеры решения задач первичной обработки данных.

1. Под первичной обработкой данных в системах реального времени понимается обработка данных, поступающих с выходов первичных преобразователей информации (датчиков).

Задачу первичной обработки данных можно сформулировать следующим образом: известны наблюдаемые (измеряемые) и содержащие ошибки действительные значения У вводимой физической величины, а также структура и погрешности У оборудования, входящее в состав измерительного канала (рис. 1.10). Необходимо найти номинальные значения физической величины Х₀ или ее действительные значения Х.

Рис.1.10. К задаче первичной обработке данных

На практике задачи первичной обработки информации представляет собой комплекс следующих взаимно связанных задач.

• масштабирование, калибровка, линеаризация характеристик оборудования измерительного канала;

• контроль достоверности измеренных значений;

• корректировка влияния ошибок измерения У и помех Х.

Рассмотрим эти задачи на примере одномерного измерительного канала с линейной статической характеристикой:

Y=K X+M (1.2)

где K, M – константы или масштабные коэффициенты.

Задача масштабирования состоит в определении масштабных коэффициентов в выражении (1.2).

Задача калибровки (градуировки) заключается в определении функции.

X = f(Y) (1.3)

Функция (1.3) называется калибровочной (градуировочной) функцией и определяется экспериментально или по характеристикам устройств.

Задача линеаризации состоит в аппроксимации калибровочной функции, в виде ломанной или полинома n-ой степени по заданным опорным точкам. Массив опорных точек называется калибровочной (градуировочной) таблицей.

Контроль достоверности измеряемых значений физической величины заключается в проверке наличия возможных ошибок аппаратуры и контроль очевидных ошибок, например, дефектов датчиков, грубых ошибок измерения или явных несоответствий. Контроль достоверности измерений обычно осуществляется с помощью выражений:

X_min  x  X_max,

X_min  X _-  X  X ₊  X_max, (1.4)

где x_max, x_min – границы диапозона достоверности измеряемой величины Х;

X _-, X₊ – опасные границы изменения величины Х.

При решении задачи корректировки влияния ошибок измерения и помех различают:

• статическую корректировку измеренных значений (компенсацию);

• динамическую корректировку (фильтрацию, сглаживание).

Необходимость статической корректировки возникает при нестабильности масштабных коэффициентов k и m в выражении (1.2). Эффект "дрейфа нуля" измерительного канала связан, например, с изменением во времени масштабного коэффициента

M = M(t) (1.5)

Масштабный коэффициент K определяет чувствительность измерительного канала и может изменяться, например, в зависимости от температуры

K = K(Т С) (1.6)

Если известны законы изменения масштабных коэффициентов (1.5) и (1.6), то задача компенсации решается в соответствии с выражением:

У = [k + k(T C)]X + [M + M(t)] (1.7)

Динамическая корректировка измеренных значений реализуется двумя методами:

• сглаживания измеренных значений за счет формирования средних:

(1.8)

2. Примеры решения задач первичной обработки данных.

Задача 1.

Датчик давления имеет линейную шкалу в диапазоне 010 кГс/см². Сигнал от датчика поступает на 12 разрядный АЦП. Необходимо создать закон трансляции.

Решение.

Поскольку датчик имеет линейную шкалу, то выбираем закон трансляции ЛИНЕЙНЫЙ

Y = k  X + M

Т. к. нулевому значению сигнала соответствует нулевое значение измеряемого параметра (давления), то M=0

Т.о. y = 2,4419  10^-3 Х, где x –показания АЦП.

Задача 2.

Датчик давления измеряет избыточное давление в технологическом аппарате в диапазоне 01кГс/см², имеет линейную шкалу и статическую погрешность 0,05 кГс/см². Сигнал с датчика имеет стандартный выход на 12-ти разрядный АЦП. Конечный результат должен быть представлен в кПа.

Решение.

Поскольку нулевому значению кода АЦП соответствует нулевое значение измеряемого параметра и присутствует статическая ошибка, то закон трансляции имеет вид:

Р_изб =x  Р_max / АЦП_max – 

x – значение с АЦП,

Р_max = 1кГс/см² = 98,1 кПа

 = 0,05 кГс/см² = 4,9 кПА

АЦП_max = 4095

Тогда

M =  = 4,9 кПа.

Закон трансляции Р_изб = 2.4  10^-2 X – 4,9.

Задача 3.

Датчик атмосферного давления имеет линейную шкалу в диапазоне 400900 мм.рт.ст. и стандартный выход на 12-ти разрядный АЦП. Конечный результат должен быть представлен в кПА.

Решение.

Минимальному значению кода АЦП (0) соответствует значение давления 400 мм.рт.ст.=53.3 кПА, а максимальному (4095) – 900 мм.рт.ст = 120 кПА. Формула для расчета реального значения атмосферного давления записывается следующим образом:

Р_атм = X  (Р_max – P_min ) / АЦП_max + P_min

Р_max = 120 кПа, P_min = 53.3 кПА, АЦП_max = 4095

Тогда закон трансляции имеет вид: