Способ измерения концентрации

 

Использование: в информационно-измерительной технике, в частности в способах измерения концентрации веществ, например, нефтепродуктов в воде. Сущность изобретения: после преобразования неэлектрической величины в электрическое напряжение последнее смешивают со специально генерируемой помехой небольшой величины, затем суммарный сигнал периодически преобразовывают в код, производят необходимые вычисления, результат вычислений подвергают цифровой фильтрации нихних частот с повышенной разрядностью вычислений и отфильтрованный результат выводят на индикацию. Цель увеличение разрешающей способности и точности измерений. 2 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к способам измерения концентрации веществ, например, нефтепродуктов в воде.

Известен способ измерения концентрации [1] в котором неэлектрическую величину преобразовывают в электрическое напряжение постоянного тока, периодически преобразовывают это напряжение в цифровой код, с полученным кодом производят необходимые вычисления, например вычисляют отношение полученного кода к эталонному, логарифмируют это отношение, умножают на калибровочный коэффициент и затем вычисленное значение выводят на индикацию.

К недостаткам известного способа относится низкая разрешающая способность и связанная с нею точность измерений, обусловленные тем, что дискретность результата вычислений может в несколько раз превышать дискретность аналого-цифрового преобразования и дискретность используемой вычислительной техники. Увеличение разрядности аналого-цифрового преобразования и вычислений связано со значительным усложнением и удорожанием устройств, реализующих этот способ.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и точности измерений.

Цель достигается за счет того, что после преобразования неэлектрической величины в электрическое напряжение это напряжение смешивают со специально генерируемой помехой небольшой величины, затем суммарный сигнал периодически преобразовывают в код, производят необходимые вычисления, результат вычислений подвергают цифровой фильтрации нижних частот с повышенной разрядностью вычислений и отфильтрованный результат выводят на индикацию.

Благодаря такой обработке помеха, введенная в полезный сигнал, уничтожается фильтрацией, а за счет повышенной разрядности фильтрации измеряемая величина получается с увеличенной разрешающей способностью.

На фиг.1 пример устройства, осуществляющего предложенный способ; на фиг. 2 эпюры, иллюстрирующие обработку сигналов согласно предлагаемому способу.

Способ осуществляется следующим образом.

Неэлектрическую величину концентрацию преобразовывают в электрическое напряжение постоянного тока одним из известных методов, например, путем пропускания через среду пучка света и трансформации этого пучка.

Полученную электрическую величину складывают со специально генерируемой помехой. Полученный сигнал периодически преобразуют в код, производят вычисление измеряемой величины X_n, например путем деления полученного кода на эталонный, логарифмирования результата, умножения на калибровочный коэффициент. Затем производят цифровую фильтрацию нижних частот, например, по формуле Y_n Y_n-1(1 K) + X_n ˙ K.

Полученную величину выводят на индикацию, после чего по окончании цикла работы возвращаются к преобразованию в код.

Предложенный способ может быть реализован, например, с помощью устройства, изображенного на фиг.1. Устройство содержит преобразователь 1 неэлектрической величины в электрическую, аналого-цифровой преобразователь 2, микроЭВМ 3, цифровой индикатор 4, генератор 5 помехи, сумматор 6.

Работает устройство следующим образом.

Измеряемая физическая величина (концентрация) трансформируется в напряжение постоянного тока преобразователем 1. Генератор 5 возмущений вырабатывает шумовой сигнал, который с помощью сумматора 6 складывается с измеряемым сигналом 7, образуя в результате входной сигнал 8 аналого-цифрового преобразователя 2, ЭВМ 3 принимает код АЦП 2 с заданной программой периодичностью, образуя выборку кодов 9. В результате вычисления измеряемой величины образуется выборка кодов X_n 10, имеющая дискретность в несколько раз большую, чем входная выборка 9. Затем производится цифровая фильтрация нижних частот, например, в простейшем случае по формуле Y_n Y_n-1(15/16) + X_n1/16 с увеличенной точностью.

Например, если вычисления измеряемой величины X_n осуществляют с 8-разрядной точностью, то цифровая фильтрация с 16 разрядной. В результате получающаяся выборка Y_n 11 имеет меньшую дискретность и погрешность, чем выборка X_n 10. Затем старшие разряды величины Y_n 11, полученной после цифровой фильтрации нижних частот (например 8 разрядов), выводятся на индикацию.

За счет того, что при цифровой фильтрации нижних частот получается среднее значение, рассчитанное с высокой точностью из множества входных значений, его величина имеет значительно более высокую точность и меньшую дискретность, чем входные значения.

Например, при вычислении по формуле X_n (lgN_этал/N_вx)1/0,0035, где N_вх код, получаемый с АЦП; N_этал код эталонной величины с АЦП.

Если деление производить с фиксированной запятой, как 16-разрядное число на 8-разрядное с получением 8-разрядного частного, логарифмирование производить по программе кусочно-линейной аппроксимации с точностью 8 разрядов так, что lg8 преобразовывается в число 255, а lg1 в 0, то дискретность X_n может достигать 3 единиц 8-разрядного кода.

Если же во входную выборку кодов N_вх добавить помеху величиной порядка 3-4 единиц 8-разрядного входного кода, а затем отсечь эту помеху с помощью цифровой фильтрации нижних частот, то дискретность выходного сигнала Y_n может быть доведена до 1 единицы 8-разрядного кода.

При этом практически не требуется усложнения устройства.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ, заключающийся в том, что неэлектрическую величину преобразовывают в электрическое напряжение постоянного тока, периодически преобразовывают это напряжение в цифровой код, по полученному коду вычисляют измеряемую величину и выводят это значение на индикацию, отличающийся тем, что получаемое электрическое напряжение постоянного тока перед преобразованием его в код смешивают со специально генерируемой помехой небольшой величины, а после вычислений измеряемой величины результат до выведения его на индикацию подвергают цифровой фильтрации нижних частот с повышенной разрядностью вычислений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2