센서 특성의 선형화

센서 특성의 선형화 — 측정값과 이를 나타내는 값 사이의 선형 관계를 달성하는 센서 출력 값 또는 이에 비례하는 양(아날로그 또는 디지털)의 비선형 변환입니다.

선형화의 도움으로 비선형 특성을 가진 센서(예: 열전대, 열 저항, 가스 분석기, 유량계 등)가 연결된 보조 장치의 규모에서 선형성을 달성할 수 있습니다. 센서 특성의 선형화를 통해 디지털 출력이 있는 보조 장치를 통해 필요한 측정 정확도를 얻을 수 있습니다. 이는 센서를 기록 장치에 연결할 때 또는 측정된 값에 대해 수학적 연산을 수행할 때(예: 적분) 일부 경우에 필요합니다.

인코더 특성 측면에서 선형화는 역함수 변환으로 작용합니다.센서의 특성을 y = F(a + bx)로 나타내면 x는 측정값이고 a와 b는 상수이므로 센서와 직렬로 연결된 선형화기(그림 1)의 특성은 다음과 같아야 합니다. z = kF(y), 여기서 F는 F의 역함수입니다.

결과적으로 선형화기의 출력은 z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, 즉 측정값의 선형 함수가 됩니다.

쌀. 1. 일반화된 선형화 블록 다이어그램: D — 센서, L — 선형화기.

또한 스케일링을 통해 종속성 z는 z'=mx 형식으로 감소하며 여기서 m은 적절한 스케일 인수입니다. 선형화가 보정 방식으로 수행되는 경우, 즉 그림 1과 같은 서보 시스템을 기반으로 합니다. 2, 그러면 선형화 함수 변환기의 특성은 센서 z = cF(a + bx)의 특성과 유사해야 합니다. 출력은 센서의 출력 값과 비교됩니다.

기능적 변환기로서의 선형화기의 특징은 센서 특성 유형에 따라 결정되는 단조 함수로 제한되는 선형화기에 의해 재현되는 상대적으로 좁은 종류의 종속성입니다.

쌀. 2. 추적 시스템에 기반한 선형화 블록 다이어그램: D — 센서, U — 증폭기(변환기), FP — 기능 변환기.

Linearizer는 다음 기준에 따라 분류할 수 있습니다.

1. 기능을 설정하는 방법에 따라: 디지털 계산 알고리즘의 형태로 비선형 요소의 조합 형태로 템플릿, 행렬 등의 형태로 공간, 장치.

2.체계의 유연성 정도에 따라: 범용(즉, 재구성 가능) 및 특수화.

3. 구조 다이어그램의 특성에 따라: 개방(그림 1) 및 보상(그림 2) 유형.

4. 입력 및 출력 값의 형태: 아날로그, 디지털, 혼합(아날로그-디지털 및 디지털-아날로그).

5. 회로에 사용되는 요소 유형별 : 기계, 전기 기계, 자기, 전자 등

공간 함수 선형화 장치에는 주로 캠 메커니즘, 패턴 및 비선형 전위차계가 포함됩니다. 각 변환 단계의 측정 값이 기계적 움직임의 형태로 표시되는 경우에 사용됩니다(캠 - 마노메트릭 및 변압기 센서의 특성 선형화, 모델 - 레코더, 비선형 전위차계 - 전위 및 브리지 회로) ).

전위차계 특성의 비선형성은 프로파일 프레임에 감고 적절한 저항으로 섹션을 조작하여 조각별 선형 근사법을 사용하여 섹션화함으로써 달성됩니다.

비선형 전위차계(그림 3)를 사용하는 전위차 방식의 전기 기계식 서보 시스템 기반 선형화기에서 선형화된 값은 회전 각도 또는 기계적 변위로 나타납니다. 이러한 선형화 장치는 단순하고 다목적이며 중앙 집중식 제어 시스템에서 널리 사용됩니다.

쌀. 3. 전위차 방식의 전기 기계식 서보 시스템용 선형화기: D — DC 전압 형태의 출력 센서, Y — 증폭기, M — 전기 모터.

개별 요소(전자, 자기, 열 등) 특성의 비선형성은 파라메트릭 기능 변환기에 사용됩니다. 그러나 그들이 개발하는 기능적 종속성과 센서의 특성 사이에서 일반적으로 완전한 일치를 달성하는 것은 불가능합니다.

함수를 설정하는 알고리즘 방식은 디지털 함수 변환기에서 사용됩니다. 그들의 장점은 높은 정확도와 특성의 안정성입니다. 그들은 개별 기능 종속성의 수학적 속성 또는 부품에 의한 선형 근사의 원리를 사용합니다. 예를 들어 포물선은 정수 제곱의 속성을 기반으로 개발됩니다.

예를 들어, 디지털 선형화기는 서로 다른 반복률의 펄스로 접근하는 세그먼트를 채우는 원리에 따라 작동하는 조각별 선형 근사법을 기반으로 합니다. 채움 주파수는 비선형성의 종류에 따라 장치에 삽입된 프로그램에 따라 접근하는 세그먼트의 경계점에서 점프로 변화한다. 그런 다음 선형화된 수량은 단일 코드로 변환됩니다.

비선형성의 부분 선형 근사는 디지털 선형 보간기를 사용하여 수행할 수도 있습니다. 이 경우 보간 간격의 채우기 주파수는 평균적으로만 일정하게 유지됩니다.

부품의 선형 근사화 방법을 기반으로 하는 디지털 선형화 장치의 장점은 축적된 비선형성의 재구성 용이성과 하나의 비선형성에서 다른 비선형성으로 전환하는 속도이며 이는 고속 중앙 집중식 제어 시스템에서 특히 중요합니다.

범용 계산기, 기계를 포함하는 복잡한 제어 시스템에서 함수가 해당 서브루틴의 형태로 내장된 이러한 기계에서 직접 선형화를 수행할 수 있습니다.