Вопрос №3. Способы коррекции и обработки результатов измерений непрерывного сигнала. Понятие полосы и глубины фильтра.

В модулях ввода аналоговых сигналов могут быть реализованы функции коррекции измерений (компенсации погрешности датчиков). Эта функция необходима для коррекции входных сигналов с учетом случайной и систематической составляющих погрешности конкретного типа датчика путем сдвига характеристики или изменения наклона характеристики. При этом предполагается, что характеристика линеаризована, т.е. имеет линейный характер изменения.

Сдвиг характеристики: Коррекция происходит уже на уровне оцифрованного сигнала

1 – компенсированная характеристика измерительного устройства,

2 – некомпенсированная характеристика измерительного устройства.

где – компенсация.

Изменение наклона характеристики:

В данном случае компенсация осуществляется следующим образом: .

Как правило, обе ф-ции заложены одновременно и могут производиться для приведения в соответствие измеряемой величины. Когда хар-ка имеет нелин хар-р, можно либо разбить диапазон измерений на несколько, либо выбрать другой принцип измерения параметра. Эти функции реализует масштабир. усилитель модуля ввода аналог сигналов.

Цифровая фильтрация результатов измерений (две ступени фильтрации: полоса и глубина фильтра, отличия).

Цифр фильтрация вх. сигнала снижает влияние случайных импульсных помех на показания устройств. Как правило цифр. фильтрация 2-х ступенчатая:

1. Полосовая, устраняющая единичные помехи

2. Сглаживающая, снижает действие высокочастотных помех

1-я ступень фильтрации задается полосой фильтра

2-я ступень задается глубиной фильтра ( постоянная времени фильтра)

Полоса фильтра

Параметр «полоса фильтра» позволяет фильтровать единичные помехе большой амплитуды. Полоса фильтра задается в единицах измеряемой величины.

Основная идея: если текущее показание отличается от предыду­щего измеренного значения более чем на значение этого параметра, то оно игнорируется, и устройство производит повторное измерение. При этом на цифровом индикаторе остается значение предыдущего измерения.

После измерения в точке 1 автоматически формируется полоса фильтра, в пределах которой следующее измерение (точка 2) воспринимается как истинное, и в противном случае – как ошибочное. Аналогичным образом формируется полоса фильтра для точки 2 и проверяется попадание точки 3 в эту полосу (в данном случае значение в точке 3 истинное). После оценки истинности измеренного значения в точке 3 снова откладывается полоса фильтра в плюс и в минус и проверяется результат измерения в момент времени 4. Если же измеряемая величина находится за пределами полосы фильтра, то устройство производит повторные измерения в момент времени 5 с проверкой (попадает результат измерения в полосу фильтра измеренного значения в точке 3 или нет). В нашем случае результат измерения попадает в полосу фильтра измеренного значения в точке 3 и принимается решение, что измеряемая величина в точке 4 имеет случайную составляющую погрешности, которая игнорируется (выпадает из общего потока).

Ниже рисунок поясняет принцип действия фильтра в случаях быстрого изменения измеряемой величины.

 

В этом случае точка 2 не попадает в полосу, проложенную в точке 1. В том случае, если результат измерения в точке 3 находится в пределах полосы фильтра измеренного значения в точке 2, то делается вывод об истинности измеренных значений в точках 2 и 3.

Примечание: подбор полосы осуществляется следующим образом. Малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции устройства на быстрое изменение входной величины. Поэтому при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами реко­мендуется увеличить значение параметра полосы фильтра или задать его равным 0. В противном случае, если высокая вероятность помех большой амплитуды, то целесообразно уменьшать величину полосы фильтра, несмотря на внесение в систему некоторой инерционности. В последнем случае для снижения инерционности необходимо снизить время опроса датчика.

Глубина фильтра

Параметр «глубина фильтра» позволяет добиться «сглаживания» изме­нений показаний устройства (прибора) за счет их усреднения. Значение этого пара­метра задает количество последних измерений, для которых фильтр вычисляет среднее арифметическое.

На рисунке показаны переходных характеристик фильтра для разных значений параметра N.

Уменьшение значения глубины фильтра приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразные изменения контролируемой вели­чины, но снижает помехозащищенность устройства.

Увеличение значения приводит к улучшению помехозащищенности, но вместе с этим повы­шает инерционность прибора.