3. КОРРЕКЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ

Целью коррекции является улучшение динамических характеристик преобразователей и средств измерений в целом для уменьшения динамических погрешностей и нелинейных искажений, расширения диапазона измерений и рабочего диапазона частот. Динамические характеристики исходных измерительных устройств. Улучшают с помощью корректирующих устройств.

Рассмотрим вопросы коррекции характеристик линейных аналоговых стационарных преобразователей. Пусть исходный преобразователь имеет операторную чувствительность Исходя из желаемых характеристик преобразователя необходимо найти выражение операторной чувствительности преобразователя после коррекции и осуществить ее. В общем случае для исправления динамических характеристик требуется последовательно решить задачи аппроксимации и реализации динамических характеристик [21, 30]. Для аппроксимации заданной динамической характеристики преобразователя динамической характеристикой где вещественный аргумент (частота, квадрат частоты, время и т. п.) из интервала значений вектор варьируемых вещественных параметров (значения Параметров элементов устройства, коэффициенты передаточной функции, ее нули и Полюсь: и т. п.), необходимо отыскать такую функцию чтобы обеспечивалась требуемая близость характеристик в принятой метрике функционального пространства (но принятой норме):

Функции берут из классов физически возможных функции отвечающих физически возможным системам. При наличии добавочных требовании можно сузить класс возможных функций до класса Если решение существует и оно не единственно, то возможен поиск предпочтительного решения с оценкой цены решения с помощью функции цели (критерия оптимальности) В этом случае коррекция сводится к решению задачи оптимального синтеза [21, 30]:

В качестве функции цели выбирают стабильность характеристики число элементов в корректирующем устройстве, стоимость корректирующего устройства и По выбранной характеристике находят отвечающую ей операторную ствительность которую будет иметь результирующий преобразователь после коррекции.

Рис. 6. Структурные схемы коррекции преобразователей: операторная чувствительность исходного преобразователя; передаточная функция корректирующего звена, — сумматор; изображения входного и выходного сигналов корректированного преобразователя

На этапе реализации, используя известные операторные чувствительности по принятой структурной схеме коррекции находят передаточные функции используемых корректирующих устройств. Если операторная чувствительность известна, то коррекция сводится к реализации, например, в тех случаях, когда задачей коррекции является получение динамических характеристик, подобных характеристикам исходного преобразователя, но с меньшими постоянными времени [38]. На этапе реализации по функции выбирают структуру корректирующего устройства и вычисляют значения параметров его элементов.

Методы коррекции динамических характеристик. Корректировать приходится механические, механоэлектрические, электрические и электромеханические преобразователи. Корректирующие устройства мсиут быть такого же типа. Коррекцию осуществляют как правило электрическими методами. Различают активную и пассивную коррекцию. Активная коррекция характеризуется использованием устройств, для работы которых кроме энергии сигнала необходима энергия сторонних источников. Можно предложить много структурных схем коррекции динамических характеристик. Наибольший интерес представляют схемы минимальной сложности.

На рис. 6, а-е показаны различные структурные схемы коррекции преобразователей, включающие исходной преобразователь с операторной чувствительностью корректирующее устройство с передаточной функцией и сумматор

В этих схемах используется последовательная, параллельная и параллельно-последовательная коррекция с прямой и обратной (положительной и отрицательной) связью. Показанный на схемах масштабный коэффициент а реализуется в сумматоре. В электрических преобразователях может быть использована любая схема.

Для коррекции динамических характеристик датчиков используют схемы, поданные на рис. 6, а-в. Метод коррекции по схеме, приведенной на рис. 6, а, называют коррекцией на основе умножения частотных характеристик, а по схеме, показанной на рис. 6, коррекцией на основе моделирования погрешности [13]. По схеме, приведенной на рис. 6, а, часто осуществляют пассивную коррекцию; для этой схемы коррекции на рис. 7, а показана электрическая схема корректирующего устройства, используемого для расширения частотного диапазона датчиков инерционного действия в режиме виброметра, а на рис. 7,б — для датчиков инерционного действия в режиме акселерометра.

Рис. 7. Электрические цепи коррекции частотных характеристик датчиков инерционного деисгвия: а — в режиме виброметра, б - в режиме акселерометра

При соответствующем выборе параметров этих схем [13] расширяется частотный диапазон без повышения порядка дифференциального уравнения, описывающего систему. Для коррекции частотных характеристик упомянутых датчиков используют также лестничные RC-цепи [37]. Схему, показанную на рис. 6, б, являющуюся разновидностью схемы, приведенной на рис. 6, а, используют, как правило, для активной коррекции, имеющей большие возможности [37]. Методы синтеза корректирующих цепей на основе заданных требований описаны в работах [9, 13, 37]. Схему, показанную на рис. 6, в, используют в компенсационных датчиках, в которых применяют электромеханическую обратную связь для уравновешивания преобразуемой величины с помощью обратного преобразователя: при такой коррекции расширяются рабочий диапазон частот и Диапазон измерений, существенно уменьшаются нелинейные искажения преобразователя [2, 10, 12, 37].

Для настройки наиболее удобны схемы активной коррекции, в которых возможна регулировка по каждой из производных выходного сигнала исходного преобразователя. При коррекции электромеханических преобразователей используют, Как правило, схему (рис. 6, а), в которой корректирующий преобразователь помещают перед электромеханическим [38].