خطية خصائص المستشعر

الخطية لخصائص المستشعر - تحويل غير خطي لقيمة خرج المستشعر أو كمية متناسبة معها (تناظرية أو رقمية) تحقق علاقة خطية بين القيمة المقاسة والقيمة التي تمثلها.

بمساعدة الخطية ، من الممكن تحقيق الخطية على مقياس الجهاز الثانوي الذي يتصل به جهاز استشعار بخاصية غير خطية (على سبيل المثال ، مزدوج حراري ، مقاومة حرارية ، محلل غاز ، مقياس تدفق ، إلخ). يتيح الخطي لخصائص المستشعر الحصول على دقة القياس اللازمة من خلال الأجهزة الثانوية ذات الإخراج الرقمي. يعد هذا ضروريًا في بعض الحالات عند توصيل المستشعرات بأجهزة التسجيل أو عند إجراء عمليات حسابية على القيمة المقاسة (مثل التكامل).

من حيث خاصية التشفير ، يعمل الخطي كتحول وظيفي عكسي.إذا تم تمثيل خاصية المستشعر على أنها y = F (a + bx) ، حيث x هي القيمة المقاسة ، و a و b ثوابت ، عندئذٍ يجب أن تظهر خاصية الخطي المتصل في سلسلة مع المستشعر (الشكل 1) مثل هذا: z = kF (y) ، حيث F هي الدالة العكسية لـ F.

نتيجة لذلك ، سيكون ناتج الخطي z = kF (F (a + bx)) = a '+ b'x ، أي دالة خطية للقيمة المقاسة.

أرز. 1. مخطط كتلة الخطية المعمم: D - المستشعر ، L - الخطي.

علاوة على ذلك ، من خلال القياس ، يتم تقليل الاعتماد z إلى الشكل z '= mx ، حيث m هو عامل المقياس المناسب. إذا تم إجراء الخطية بطريقة تعويضية ، أي استنادًا إلى نظام مؤازر مثل الشكل. 2 ، ثم يجب أن تكون خاصية محول الوظيفة الخطية مماثلة لخاصية المستشعر z = cF (a + bx) ، لأن القيمة الخطية للقيمة المقاسة مأخوذة من مدخلات محول الدالة الخطية و تتم مقارنة الإخراج مع قيمة خرج المستشعر.

السمة المميزة للمُحولات الخطية كمحولات وظيفية هي فئة ضيقة نسبيًا من التبعيات مستنسخة بواسطتها ، تقتصر على الوظائف الرتيبة ، والتي يتم تحديدها حسب نوع خصائص المستشعر.

أرز. 2. مخطط كتلة للخطية على أساس نظام التتبع: D - الاستشعار ، U - مكبر للصوت (محول) ، FP - محول وظيفي.

يمكن تصنيف الخطية وفقًا للمعايير التالية:

1. وفقًا لطريقة ضبط الوظيفة: مكاني في شكل قوالب ، مصفوفات ، إلخ ، في شكل مجموعة من العناصر غير الخطية ، في شكل خوارزمية حسابية رقمية ، أجهزة.

2.حسب درجة مرونة المخطط: عالمي (أي قابل لإعادة التكوين) ومتخصص.

3. حسب طبيعة المخطط الهيكلي: فتح (الشكل 1) والتعويض (الشكل 2) النوع.

4. في شكل قيم المدخلات والمخرجات: التناظرية والرقمية والمختلطة (التناظرية الرقمية والرقمية التناظرية).

5. حسب نوع العناصر المستخدمة في الدائرة: ميكانيكية ، كهروميكانيكية ، مغناطيسية ، إلكترونية ، إلخ.

تتضمن أدوات خطية الوظيفة المكانية بشكل أساسي آليات الكامة والأنماط ومقاييس الجهد غير الخطية. يتم استخدامها في الحالات التي يتم فيها تقديم القيمة المقاسة لكل مرحلة تحويل في شكل حركة ميكانيكية (حدبات - للتجسيد الخطي لخصائص أجهزة الاستشعار المانومترية ومستشعرات المحولات ، والنماذج - في المسجلات ، ومقاييس الجهد غير الخطية - في الدوائر المحتملة والجسرية ).

يتم تحقيق عدم الخطية لخصائص مقياس الجهد عن طريق لف الإطارات على شكل جانبي والتقسيم باستخدام طريقة التقريب الخطي متعدد المستويات عن طريق مناورة المقاطع بمقاومات مناسبة.

في جهاز خطي يعتمد على نظام مؤازر كهروميكانيكي من نوع الجهد باستخدام مقياس جهد غير خطي (الشكل 3) ، تظهر القيمة الخطية كزاوية دوران أو إزاحة ميكانيكية. هذه الخطية بسيطة ومتعددة الاستخدامات وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم المركزية.

أرز. 3. الخطي لنظام المؤازرة الكهروميكانيكية من نوع الجهد: D - الاستشعار مع الإخراج على شكل DC الجهد ، Y - مكبر للصوت ، M - المحرك الكهربائي.

تُستخدم القيم اللاخطية لخصائص العناصر الفردية (الإلكترونية ، والمغناطيسية ، والحرارية ، وما إلى ذلك) في المحولات الوظيفية البارامترية. ومع ذلك ، بين التبعيات الوظيفية التي يطورونها وخصائص المستشعرات ، لا يمكن عادةً تحقيق تطابق كامل.

يتم استخدام الطريقة الحسابية لتعيين وظيفة في محولات الوظائف الرقمية. مزاياها هي الدقة العالية واستقرار الخصائص. يستخدم الخصائص الرياضية للاعتماديات الوظيفية الفردية أو مبدأ التقريب الخطي بالأجزاء. على سبيل المثال ، تم تطوير القطع المكافئ بناءً على خصائص مربعات الأعداد الصحيحة.

على سبيل المثال ، يعتمد الخطي الرقمي على طريقة التقريب الخطي المتعددة التعريف ، والتي تعمل على مبدأ ملء المقاطع المتقاربة بنبضات بمعدلات تكرار مختلفة. تتغير ترددات التعبئة في القفزات عند النقاط الحدودية للمقاطع المقتربة وفقًا للبرنامج المُدخل في الجهاز وفقًا لنوع اللاخطية. ثم يتم تحويل الكمية الخطية إلى رمز موحد.

يمكن أيضًا إجراء تقريب خطي جزئي للخطية باستخدام محرف خطي رقمي. في هذه الحالة ، تظل ترددات ملء فترات الاستيفاء ثابتة فقط في المتوسط.

مزايا الخطية الرقمية القائمة على طريقة التقريب الخطي للأجزاء هي: سهولة إعادة تشكيل اللاخطية المتراكمة وسرعة التبديل من غير خطية إلى أخرى ، وهو أمر مهم بشكل خاص في أنظمة التحكم المركزية عالية السرعة.

في أنظمة التحكم المعقدة التي تحتوي على حاسبات عالمية ، وآلات ، يمكن تنفيذ الخطية مباشرة من هذه الآلات ، حيث يتم تضمين الوظيفة في شكل روتين فرعي مطابق.