Устройство для определения статистической погрешности измерительных устройств

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматической поверки линейных измерительных устройств при случайных входных сигналах. Устройство содержит вычитающие устройства нуля 3 и квадратов 23, обратный преобразователь 5 нуля, первый 19 и второй 24 квадраторы, сумматор 16 квадратов, аналого-цифровой преобразователь 2, измерительный вход которого соединен с входом поверяемого устройства 1, вычитающее устройство 4 уровня, обратный преобразователь 6 урояня, задатчик 7 отметки шкалы, сравнивающие устройства нуля 8 и уровня 9, элемент ИЛИ 10, генератор 11 импульсов, ключи 12, 13, линии 14, 15 задержки, сумматоры нуля 17 и уровня 18, счетчики 20, 21, элемент И 22, вычитающее устройство 25 математических ожиданий. В устройстве выделяется погрешность поверяемого устройства 1 и определяются ее математическое ожидание и дисперсия на случайном сигнале, что расширяет область применения устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматической поверки линейных измерительных устройств при случайных процессах на входе.

Известно устройство для определения статистической погрешности измерительных устройств, содержащее поверяемое измерительное устройство, соединенное входом через образец цифроаналоговый преобразователь с цифровым задатчиком отметки шкалы, а выходом - с одним входом вычитающего устрйства уровня, подключенного вторым входом к задатчику отметки шкалы. Выход вычитающего устройства соединен с входом статистического анализатора [1].

Недостатком устройства является статический режим поверки, не позволяющий определять погрешности измерительных устройств в динамическом режиме при случайных процессах на входе.

Известно также устройство, реализующее способ определения статистической погрешности измерительных устройств [2]. Оно содержит поверяемое устройство, подключенное входом к входу статистического анализатора, а выходом - к первому входу сравнивающего устройства уровня, второй вход которого соединен с выходом задатчика отметки шкалы. Выход сравнивающего устройства подключен к управляющему входу статистического анализатора, соединенного выходом математического ожидания с первым входом вычитающего устройства уровня, второй вход которого через обратный преобразователь подключен к выходу задатчика отметки шкалы.

Недостатками этого устройства являются малое быстродействие и сложность. Так, при определении оценок математического ожидания m_δ (Z) и дисперсии σ_δ²(Z) погрешностей линейных измерительных устройств в динамическом режиме необходимо, как минимум, произвести эксперименты в двух точках шкалы Z = Z₁ и Z = Z₂. Только тогда их можно представить в виде m_δ (Z) = m_{δ м}Z + m _{δ а}; (1) σ_δ²(Z) = σ_δ²(Z₁) = σ_δ²(Z₂), (2) где m_{δ м} и m_{δ а} - мультипликативная и аддитивная составляющие m_δ (Z).

Сложность устройства объясняется сложностью блока управления и статистического анализатора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для градуировки средств измерений [3]. Оно содержит поверяемое устройство, аналого-цифровой преобразователь, два сравнивающих устройства, задатчик отметки шкалы, вычитающее устройство математических ожиданий, делитель и простейший двухканальный статистический анализатор, состоящий из элемента ИЛИ, генератор импульсов, двух ключей, двух линий задержки, двух сумматоров, двух счетчиков и элемента И. Прототип находит математические ожидания выходного сигнала поверяемого устройства одновременно в двух точках шкалы, по которым определяет смещение и угол наклона градуировочной характеристики.

Недостатком прототипа является невозможность определения характеристик погрешностей поверяемого устройства.

Целью изобретения является расширение области применения устройства. Результатом от использования изобретения является выделение погрешности поверяемого устройства и нахождение ее математического ожидания m_δ (Z) и дисперсии σ_δ²(Z) на случайном сигнале.

Структурная схема заявляемого устройства изображена на чертеже.

Устройство содержит поверяемое измерительное устройство 1, имеющее общий вход с аналого-цифровым преобразователем 2 и нагруженное на вычитающие устройства нуля 3 и уровня 4. Второй вход вычитающего устройства 3 через обратный преобразователь нуля 5 занулен, а второй вход вычитающего устройства 4 через обратный преобразователь уровня 6 соединен с цифровым выходом задатчика отметки шкалы 7. Выход поверяемого устройства 1 соединен с входами сравнивающих устройств нуля 8 и уровня 9, другие входы которых соответственно занулен и подключен к аналоговому выходу задатчика отметки шкалы 7. Выходы сравнивающих устройств 8 и 9 через элемент ИЛИ 10 и генератор импульсов 11 соединены с входом запуска аналого-цифрового преобразователя 2 и входами ключей нуля 12 и уровня 13, управляющие входы которых подключены к выходам сравнивающих устройств соответственно 8 и 9. Выходы ключей 12 и 13 соответственно через линии задержки 14 и 15 соединены с управляющими входами сумматоров квадратов 16, нуля 17 и уровня 18. Сигнальные входы сумматора 16 через первый квадратор 19, а сумматор 17 непосредственно, подключены к выходу вычитающего устройства 3. Сигнальный вход сумматора 18 подсоединен к выходу вычитающего устройства 4. Выходы ключей 12 и 13 через счетчики нуля 20 и уровня 21 подсоединены к управляющим входам сравнивающих устройств 8 и 9, а также входам элемента И 22. Выход сумматора 16 подключен к одному входу вычитающего устройства квадратов 23, соединенного другим входом через второй квадратор 24 с выходом сумматора 17. Выходы сумматоров 17 и 18 через вычитающее устройство математических ожиданий 25 подключены к первому входу делителя 26, второй вход которого соединен с цифровым выходом задатчика отметки шкалы 7, а управляющий вход - к выходу элемента И 22.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии сравнивающие устройства 8 и 9 открыты, ключи 12 и 13 закрыты, сумматоры 16, 17 и 18, а также счетчики 20 и 21 сброшены на нуль, элемент И 22 закрыт. На входы поверяемого устройства 1 и аналого-цифрового преобразователя 2 поступает измеряемый сигнал X(t) или близкий к нему случайный процесс. Выходной сигнал Z(t) устройства 1 сравнивается с нулем устройства 8, которое при Z(t) = 0 выдает сигнал. Этот сигнал проходит элемент ИЛИ 10 и запускает генератор импульсов 11, и открывает ключ 12. Импульсы генератора 11 запускают аналого-цифровой преобразователь 2 равномерно во времени, пока Z(t) = 0. Показание Х_i аналого-цифрового преобразователя 2 вычитается из устанавливаемого преобразователем 5 смещения нуля поверяемого устройства 1. В результате этого на выходе вычитающего устройства 3 образуются мгновенные значения погрешности поверяемого устройства 1 по входу при его выходном сигнале Z(t) = 0. Они суммируются сумматором 17, а их квадраты сумматором 16. Количество таких значений погрешностей фиксируется в счетчике 20. При равенстве его 10, 100, 1000... счетчик 20 выдает сигнал, запирающий сравнивающее устройство 8. В сумматоре 17 после переноса запятой влево на количество декад счетчика 20 образуется математическое ожидание погрешности m_δ(v) поверяемого устройства 1, которое согласно выражения (1) равно m_δа. После вычитания его квадрата из осредненных сумматором 16 квадратов погрешностей на выходе вычитающего устройства 23 образуется дисперсия погрешности σ_δ²(Z) поверяемого устройства 1 (формула 1).

Аналогично работает второй канал. Сравнивающее устройство 9 срабатывает при Z(t) = Z, которое поступает с аналогового выхода задатчика 7. В результате чего на выходе сумматора 18 образуется математическое ожидание погрешности m_δ(Z), удовлетворяющее условию Z(t) = Z. Устройство 25 вычитает из него показание m_δа сумматора 17, а делитель 26 по команде с элемента И 22 делит эту разность на Z, которое поступает с цифрового выхода задатчика 7. В результате на выходе делителя 26 согласно формуле (1) образуется мультипликативная составляющая m_δм математического ожидания погрешности поверяемого устройства 1 по входу (формула (1)). Результатом применения устройства является возможность определения математического ожидания m_δ(Z) и дисперсии σ_δ²(Z) погрешности поверяемого устройства в форме выражений (1) и (2) на случайных сигналах.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, содержащее поверяемое устройство, подключенное выходом к первому входу сравнивающего устройства уровня, второй вход которого соединен с аналоговым выходом задатчика отметки шкалы, сравнивающее устройство нуля, один вход которого занулен, выходы сравнивающих устройств нуля и уровня подключены непосредственно к управляющим входам соответственно ключей нуля и уровня, а через элемент ИЛИ и генератор импульсов - к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выходы ключей нуля и уровня через счетчики нуля и уровня подключены к входам элемента И, объединенным с управляющими входами сравнивающих устройств нуля и уровня, управляющие входы сумматоров нуля и уровня через первую и вторую линии задержки соединены с выходами ключей нуля и уровня, входы которых соединены с выходом генератора импульсов, выходы сумматоров нуля и уровня через вычитающее устройство математических ожиданий подключены к первому входу делителя, соединенного вторым входом с цифровым выходом задатчика отметки шкалы, а управляющим входом - с выходом элемента И, цифровой выход задатчика отметки шкалы через обратный преобразователь уровня подключен к одному входу вычитающего устройства уровня, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены вычитающие устройства нуля и квадратов, обратный преобразователь нуля, два квадратора и сумматор квадратов, причем измерительный вход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом поверяемого устройства, а выход - с другим входом вычитающего устройства уровня и входом вычитающего устройства нуля, второй вход которого через обратный преобразователь нуля занулен, а выход через первый квадратор подключен к сигнальному входу сумматора квадратов, соединенного управляющим входом с выходом первой линии задержки, выход сумматора квадратов соединен с одним входом вычитающего устройства квадратов, к другому входу которого подключен через второй квадратор выход сумматора нуля, выход вычитающего устройства уровня соединен с входом сумматора уровня.

РИСУНКИ

Рисунок 1