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.