การทำให้เป็นเชิงเส้นของคุณลักษณะของเซนเซอร์

การทำให้เป็นเชิงเส้นของลักษณะเฉพาะของเซ็นเซอร์ — การแปลงที่ไม่ใช่เชิงเส้นของค่าเอาต์พุตของเซ็นเซอร์หรือปริมาณที่เป็นสัดส่วน (แอนะล็อกหรือดิจิตอล) ซึ่งทำให้เกิดความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างค่าที่วัดได้และค่าที่เป็นตัวแทน

ด้วยความช่วยเหลือของการทำให้เป็นเชิงเส้น ทำให้สามารถบรรลุความเป็นเส้นตรงในระดับของอุปกรณ์รองที่เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ที่มีลักษณะไม่เป็นเชิงเส้น (เช่น เทอร์โมคัปเปิล การต้านทานความร้อน เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ เครื่องวัดการไหล ฯลฯ) การทำให้เป็นเชิงเส้นของคุณลักษณะของเซ็นเซอร์ทำให้สามารถได้รับความแม่นยำในการวัดที่จำเป็นผ่านอุปกรณ์รองที่มีเอาต์พุตดิจิตอล สิ่งนี้จำเป็นในบางกรณีเมื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับอุปกรณ์บันทึกหรือเมื่อดำเนินการทางคณิตศาสตร์กับค่าที่วัดได้ (เช่น การรวม)

ในแง่ของลักษณะเฉพาะของเอ็นโค้ดเดอร์ การทำให้เป็นเส้นตรงจะทำหน้าที่เป็นการแปลงฟังก์ชันแบบผกผันหากคุณลักษณะของเซ็นเซอร์แสดงเป็น y = F (a + bx) โดยที่ x คือค่าที่วัดได้ a และ b เป็นค่าคงที่ ดังนั้นคุณลักษณะของ linearizer ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเซ็นเซอร์ (รูปที่ 1) ควรมีลักษณะ แบบนี้: z = kF (y) โดยที่ F คือฟังก์ชันผกผันของ F

ผลลัพธ์ของ linearizer จะเป็น z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x นั่นคือ ฟังก์ชันเชิงเส้นของค่าที่วัดได้

ข้าว. 1. แผนภาพบล็อกเชิงเส้นทั่วไป: D — เซ็นเซอร์, L — linearizer

นอกจากนี้ ด้วยการปรับขนาด การพึ่งพา z จะลดลงเป็นรูปแบบ z '= mx โดยที่ m เป็นตัวประกอบมาตราส่วนที่เหมาะสม หากการทำให้เป็นเส้นตรงทำในลักษณะชดเชย เช่น ตามระบบเซอร์โว เช่น รูปที่ 2 จากนั้นคุณลักษณะของตัวแปลงฟังก์ชันเชิงเส้นควรคล้ายกับคุณลักษณะของเซ็นเซอร์ z = cF (a + bx) เนื่องจากค่าเชิงเส้นของค่าที่วัดได้นั้นนำมาจากอินพุตของตัวแปลงของฟังก์ชัน linearizer และของมัน เอาต์พุตจะถูกเปรียบเทียบกับค่าเอาต์พุตของเซ็นเซอร์

คุณลักษณะเฉพาะของ linearizers ในฐานะตัวแปลงการทำงานคือระดับการพึ่งพาที่ค่อนข้างแคบที่ทำซ้ำโดยพวกเขา จำกัด เฉพาะฟังก์ชัน monotonic ซึ่งกำหนดโดยประเภทของคุณลักษณะของเซ็นเซอร์

ข้าว. 2. บล็อกไดอะแกรมของการทำให้เป็นเส้นตรงตามระบบการติดตาม: D — เซ็นเซอร์, U — แอมพลิฟายเออร์ (ทรานสดิวเซอร์), FP — ตัวแปลงการทำงาน

Linearizers สามารถจำแนกตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

1. ตามวิธีการตั้งค่าฟังก์ชั่น: เชิงพื้นที่ในรูปแบบของแม่แบบ, เมทริกซ์, ฯลฯ ในรูปแบบของการรวมกันขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น, ในรูปแบบของอัลกอริทึมการคำนวณแบบดิจิตอล, อุปกรณ์

2.ตามระดับความยืดหยุ่นของโครงการ: สากล (เช่น กำหนดค่าใหม่ได้) และเฉพาะทาง

3. โดยธรรมชาติของแผนภาพโครงสร้าง: เปิด (รูปที่ 1) และประเภทการชดเชย (รูปที่ 2)

4. ในรูปแบบของค่าอินพุตและเอาต์พุต: อนาล็อก, ดิจิตอล, ผสม (อนาล็อก-ดิจิตอล และ ดิจิตอล-อนาล็อก)

5. ตามประเภทขององค์ประกอบที่ใช้ในวงจร: เครื่องกล, เครื่องกลไฟฟ้า, แม่เหล็ก, อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ

ลิเนียร์ไลเซอร์ฟังก์ชันเชิงพื้นที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกลไกลูกเบี้ยว รูปแบบ และโพเทนชิออมิเตอร์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น ใช้ในกรณีที่ค่าที่วัดได้ของแต่ละขั้นตอนการแปลงแสดงในรูปแบบของการเคลื่อนไหวทางกล (ลูกเบี้ยว — สำหรับการทำให้เป็นเชิงเส้นของคุณลักษณะของเซนเซอร์แบบแมนอเมตริกและแบบทรานสฟอร์เมอร์ แบบจำลอง — ในเครื่องบันทึก โพเทนชิออมิเตอร์แบบไม่เชิงเส้น — ในวงจรศักย์ไฟฟ้าและบริดจ์ ).

ความไม่เชิงเส้นของลักษณะเฉพาะของโพเทนชิโอมิเตอร์ทำได้โดยการพันบนโครงโปรไฟล์และการแบ่งส่วนโดยใช้วิธีการประมาณเส้นตรงทีละส่วนโดยการเคลื่อนส่วนที่มีความต้านทานที่เหมาะสม

ใน Linearizer ที่ใช้ระบบเซอร์โวเครื่องกลไฟฟ้าของประเภทโพเทนชิโอเมตริกโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบไม่เชิงเส้น (รูปที่ 3) ค่าที่ทำให้เป็นเส้นตรงจะปรากฏเป็นมุมของการหมุนหรือการกระจัดเชิงกล ลิเนียร์ไลเซอร์เหล่านี้เรียบง่าย หลากหลาย และใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมแบบรวมศูนย์

ข้าว. 3. Linearizer สำหรับระบบเซอร์โวระบบเครื่องกลไฟฟ้าประเภทโพเทนชิโอเมตริก: D - เซ็นเซอร์พร้อมเอาต์พุตในรูปของแรงดัน DC, Y - แอมพลิฟายเออร์, M - มอเตอร์ไฟฟ้า

ความไม่เชิงเส้นของคุณลักษณะของแต่ละองค์ประกอบ (อิเล็กทรอนิกส์ แม่เหล็ก ความร้อน ฯลฯ) ถูกนำมาใช้ในตัวแปลงฟังก์ชันแบบพาราเมตริก อย่างไรก็ตาม ระหว่างการพึ่งพาการทำงานที่พัฒนาขึ้นและคุณลักษณะของเซ็นเซอร์ มักไม่สามารถจับคู่ได้อย่างสมบูรณ์

วิธีการตั้งค่าฟังก์ชันแบบอัลกอริทึมใช้ในเครื่องแปลงฟังก์ชันดิจิทัล ข้อดีของพวกเขาคือความแม่นยำสูงและความเสถียรของลักษณะ พวกเขาใช้คุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของการพึ่งพาการทำงานแต่ละอย่างหรือหลักการของการประมาณเชิงเส้นทีละส่วน ตัวอย่างเช่น พาราโบลาได้รับการพัฒนาขึ้นจากคุณสมบัติของกำลังสองของจำนวนเต็ม

ตัวอย่างเช่น Digital linearizer ขึ้นอยู่กับวิธีการประมาณเชิงเส้นแบบชิ้น ซึ่งทำงานบนหลักการของการเติมส่วนที่เข้าใกล้ด้วยพัลส์ที่มีอัตราการทำซ้ำต่างกัน ความถี่การเติมเปลี่ยนกระโดดที่จุดชายแดนของส่วนที่เข้าใกล้ตามโปรแกรมที่ใส่เข้าไปในอุปกรณ์ตามประเภทของความไม่เป็นเชิงเส้น ปริมาณเชิงเส้นจะถูกแปลงเป็นรหัสรวม

การประมาณเชิงเส้นบางส่วนของความไม่เชิงเส้นสามารถทำได้โดยใช้ตัวแก้ไขเชิงเส้นแบบดิจิทัล ในกรณีนี้ ความถี่การเติมของช่วงการแก้ไขจะคงที่โดยเฉลี่ยเท่านั้น

ข้อดีของตัวปรับเชิงเส้นแบบดิจิตอลตามวิธีการประมาณเชิงเส้นของชิ้นส่วนคือ: ความง่ายในการกำหนดค่าใหม่ของความไม่เชิงเส้นที่สะสมและความเร็วในการเปลี่ยนจากความไม่เชิงเส้นหนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบควบคุมส่วนกลางความเร็วสูง

ในระบบควบคุมที่ซับซ้อนที่มีเครื่องคิดเลขสากล เครื่องจักร การทำให้เป็นเส้นตรงสามารถดำเนินการได้โดยตรงจากเครื่องเหล่านี้ ซึ่งฟังก์ชันถูกฝังอยู่ในรูปของรูทีนย่อยที่สอดคล้องกัน