Способ автономных измерений физических величин

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автономных измерительных систем физических величин без предварительного создания и хранения эталонен или мер этих величин, например для очувствления робототехнических систем третьего поколения , функционирующих автономно от человека . Целью изобретения является повышение точности измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформированным компонентам физической величины. Физическую величину воспринимают последовательно или параллельно во времени с помощью блока или блоков соответственно из двух идентичных первичных измерительных преобразователей, один из которых в каждом блоке экранирует от одной или нескольких компонентов физической величины , а для последующей обработки запоминают разностные преобразованные физические величины с выходов первичных измерительных преобразователей блока или блоков, 3 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ A/l И СТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (I 1) (я)э G 01 0 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) А8 «Р- ., Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ля чю (61) 1755052 (21) 4874820/10 (22) 17.09.90 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (71) Самарский политехнический институт им. В.В,Куйбышева (72) В,Н.Нестеров и Е.M,Êàðïîâ (56) Авторское свидетельство СССР

М 1755052, кл. G01 0 21/00, 1990. (54) СПОСОБ АВТОНОМНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автономных измерительных систем физических величин беэ предварительного создания и хранения эталонов или мер этих величин, например для очувствления робототехнических систем третьего поколеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автономных измерительных систем физических величин при отсутствии . внутри систем мер и численного выражения единиц измерения этих величин, например, для очувствления робототехнических систем третьего поколения, функционирую;цих автономно от человека в космическом пространстве, глубинах океана и других отдаленных от человека средах, Цель изобретения — повышение точности измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформативным компонентам физической величины.

На фиг.1-3 показаны структурные схемы автономных измерительных систем, реализующих заявленный способ. ния, функционирующих автономно от человека. Целью изобретения является повышение точности измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформированным компонентам фиэиче; ской величины. Физическую величину воспринимают последовательно или параллельно во времени с помощью блока или блоков соответственно из двух идентичных первичных измерительных преобразователей, один иэ которых в каждом блоке экранирует от одной или нескольких компонентов физической величины, а для последующей обработки запоминают разностные. преобразованные физические величины с выходов первичных измерительных преобразователей блока или блоков. 3 ил.

Автономная измерительная система (фиг.1) интенсивности излучения объектов 1 и 2 содержит две системы 3 и 4 наведения и Q0 фокусировки, каждая иэ которых подключе- Я на к соответствующим блокам 5 и 6 из двух Д идентичных одинаково направленных первичных измерительных преобразователей. соответственно 7 и 8, 9 и 10, в качестве которых использованы фотоприемные матрицы. Первичные измерительные преобраэоввтели 8 и 10 экранированы от излучения )чэ видимого спектре. Первичные измеритель- Я ные преобразователи 7 и 8 первого блока 5 через соответствующие измерительные преобразователи 11 и 12 подключены к первому блоку 13 вычитания, а первичные измерительные преобразователи 9 и 10 второго блока 6 через соответствующие измерител ьные преобразователи 14 и 15 подключены к

1824520 второму блоку 16 вычитания. Выходы блоков 13 и 16 вычи гания подключены к соответствующим блокам 17 и 18 памяти, выходы которых подключены соответственно к первым входам управляемых коммутаторов 19 и

20, подключенных своими выходами к входам третьего блока 21 вычитания, Выход блока 21 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 19, через инвертор 22 — к второму входу управляемого коммутатора 20. аноду диода 23 и катоду диода 24, вторые электроды которых через соответствующие резисторы 25 и 26 подключены к общей точке схемы. Катод диода 23 подключен к входу формирователя 27, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 19 и входу первого счетчика 28, Анод диода 24 подключен к входу формирователя 29, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 20 и входу второго счетчика 30.

Автономная измерительная система (фиг.2) интенсивности излучения объекта 31 содержит систему 32 наведения и фокусировки, подключенную к блоку 33 из двух идентичных одинаково направленных первичных измерительных преобразователей

34 и 35, е качестве которых использованы фотоприемные матрицы, Первичный измерительный преобразователь 35 экранирован от излучения видимого спектра, Первичные измерительные преобразователи 34 и 35 блока 33 через соответствующие измерительные преобразователи 36 и 37 подключены к первому блоку 38 вычитания, выход которОго подключен к входу управляемого коммутатора 39, к управляющему входу которого через формирователь 40 подключен генератор 41. Выходы коммутатора 39 подключены соответственно к входам первого и второго блоков 42 и 43 памяти, выходы которых подключены соответственно к первым входам управляемых коммутаторов 44, 45, подключенных к второму блоку 46 вычитания. Выход блока 46 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 44, через инвертор

47 — к второму входу управляемого коммута тора 45, аноду диода 48 и катоду диода 49, вторые электроды которых через соответствующие резисторы 50 и 51 подключены к общей точке схемы. Катод диода 48 подключен к входу формирователя 52. выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 44 и входу первого счетчика 53.

Анод диода 49 подключен к входу формирователя 54, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 45 и входу второго счетчика 55

При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг.1, вследствие действия системы 3 наведения и фокусировки интенсивность излучения обьекта 1 видимого спектрального диапазона воспринимается первичным измерительным преобразователем 7, входящим в блок 5, Кроме того, первичными избирательными преобразователями 7 и 8. которые составляют блок 5, воспринимаются и друг. е виды излучения, проникающие через экран преобразователя 8 и не обязлтельнп сняэанные с.

Автономная измерительная система (фиг.3) интенсивности излучения обьектов

56 и 57 содержит дее системы 58 и 59 наведения и фокусировки, каждая из которых через соответствующие двухпоэиционные диафрагмы 60 и 61 связана с первичными измерительными преобразователями 62 и

63, подключенными через соответствующие измерительные преобразователи 64 и 65 к входам управляемых коммутаторов 66 и 67, к управляющим входам которых через формирователь 68 подключен генератор 69, Выход формирователя 68 через усилитель 70 и привод 71 связан с двухпоэиционными ди"5 афрагмами 60 и 61, предназначенными для экранирования первичных измерительных преобразователей 62 и 63 от излучения видимого спектра в одном из тактов измерения. Выходы коммутатора 66 подключены соответственно к входам первого и второго блоков 72 и 73 памяти, подключенных к входам первого блока 74 вычитания, а выходы коммутатора 67 подключены соответственно к входам третьего и четвертого блоков 75

25 и 76 памяти, подключенных к входам второго блока 77 вычитания, Выходы блоков 74 и

77 вычитания через соответствующие пятый и шестой блоки 78 и 79 памяти подключены к первым входам управляемых коммутаторов 80 и 81, выходы которых подключены к входам третьего блока 82 вычитания. Выход блока 82 вычитания подключен к второму входу управляемого коммутатора 80. через инвертор 83 — к второму входу управляемого

35 коммутатора 81, аноду диода 84 и катоду диода 85, вторые электроды которых через соответствующие резисторы 86 и 87 подключены к общей точке схемы. Катод диода

84 подключен к входу формирователя 88,вы40 ход которого подключен к управляющему входу коммутатора 80 и входу первого счетчика 89. Анод диода 85 подключен к входу формирователя 90, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 81

45 и входу второго счетчика 91.

Способ осуществляется следующим образом.

1824520

10

20

35

45

55 обьектом 1, например, жесткое излучение.

Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона объекта 1 первичным измерительным преобразователем 8 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимается. Сигналы с и реобразователей 7 и 8 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях

11 и 12 поступают на входы блока 13 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 1 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 8, например, жесткое излучение. не связанное с объектами 1 и 2. на точность измерения не влияют. Вследствие действия системы 4 наведения и фокусировки интенсивность излучения объекта 2 видимого спектрального диапазона воспринимается первичным измерительным преобразователем 9 и первичным измерительным преобразователем 10, которые составляю блок 6, воспринимаются и другие виды излучения, проникающие через экран преобразователя 10 и не обязательно связанные с объектом 2, например, жестко излучение. Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона объекта 2 первичным N3h1epMTellbHblh1 преобразователем 10 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимаются. Сигналы с преобразователей 9 и 10 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях 14 и 15 поступают на входы блока 16 вычитания, раэностный гигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 2 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 10, на точность измерения не влияют. Первое и второе значения сигналов с выходов блоков 13 и 16 вычитания записываются, соответственно, - в блоки 17 и 18 памяти, откуда через первые входы коммутаторов 19 и 20 поступают на входы третьего блока 21 вычитания. Положительный разностный сигнал с его выхода через диод 23 поступает на формирователь

27, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 28. В данном случае мерой служит воспринимаемое значение интенсивности излучения второго объекта 2. Сигнал с формирователя 27 поступает также на управляющий вход коммутатора 19, отключая от него блок 17 памяти и подключая к нему выход блока 21 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 2.

Положительный разностный сигнал через диод 23 поступает на формирователь 27, с выхода которого еще один бит информации записывается в первый счетчик 28. Процесс продолжается до п-го такта, когда результат вычитания становится отрицательным. 3апись информации в первый счетчик 28 прекращается. а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемой интенсивности излучения первого обьекта 1 над воспринимаемой интенсивностью излучения второго объекта 2 более, чем в и— 1 раз, но менее. чем в и раэ. Сигнал с формирователя 27 переключает коммутатор

19 в исходное состояние. При отрицательном результате вычитания содержимого первого и второго блоков 17 и 18 памяти сигнал с выхода блока 21 вычитания через диод 24 поступает на формирователь 29. с выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 30. Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения первого объекта

1. Сигнал с формирователя 29 поступает также на управляющий вход коммутатора 20, отключая от него блок 18 памяти и подключая к нему выход инвертора 22, подключенного к выходу блока 21 вычитания. В этом такте сигнал на выходе блока 21 вычитания равен сумме значения интенсивности излучения первого объекта 1 и первого результата на выходе блока 21. Отрицательный сигнал через диод 24 поступает на формирователь 29, с выхода которого еще один бит информации записывается во второй счетчик 30, Далее в результате совместной работы инвертора 22 и блока 21 вычитания процесс сложения продолжается до m-го такта, когда результат становится положительным. Запись информации во второй счетчик 30 прекращается, а результат, записанный в него. характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 2 над воспринимаемым значением интенсивности излучения первого обьекта 1 более, чем в m — 1 раэ, но менее, чем в m раз. Сигнал с формирователя 29 переключает коммутатор 20 в исходное состояние.

При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг.2; вследствие действия системы 32 наведения и фокусировки интенсивность излучения объекта

31 видимого сректрального диапазона воспринимается первичным измерительным преобразователем 34, входящим в блок 33.

Кроме того, первичным измерительным преобразователем 34 и первичным измерительным преобразователем 35, которые составляют блок 33. воспринимаются и дру1824520

55 гие виды излучения, проникающие через экран преобразователя 35 и не обязательно связанные с объектом 31, например, жесткое излучение. Интенсивность излучения видимого спектрального диапазона объекта

31 первичным измерительным преобразователем 35 вследствие соответствующего его экранирования не воспринимается. Сигналы с преобразователей 34 и 35 после соответствующего преобразования в измерительных преобразователях 36 и 37 поступают на входы блока 38 вычитания, раэностный сигнал на выходе которого несет информацию о значении интенсивности излучения объекта 31 в видимом спектральном диапазоне. Другие компоненты излучения, от которых не экранирован преобразователь 35, например, жесткое излучение, не связанное с объектом 31, на точность измерения не влияют. Первое значение сигнала с выхода блока 38 вычитания поступает на вход коммутатора 39, выход которого в данный момент времени подключен к первому блоку 42 памяти. В результате в него записывается воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31 в данный момент времени, В следующий момент времени. определяемый частотой генератора 41, с формирователя 40 на коммутатор 39 поступает сигнал, переключающий его выход на вход второго блока 43 памяти. В результате в него записывается следующее воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31. Частота опроса может быть изменена изменением частоты генератора 41, Первое и второе значения измеренных сигналов с блоков 42 и 43 . памяти через коммутаторы 44 и 45 поступают на вход блока 46 вычитания. Положительный разностный сигнал с его выхода через диод 48 поступает на формирователь 52, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 53. В данном случае мерой служит второе воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта 31.

Сигнал с формирователя 52 поступает также на управляющий вход коммутатора 44, отключает от его входа блок 42 памяти и подключает к нему выход блока 46 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и второго воспринимаемого значения интенсивности излучения объекта 31, При положительной разности сигнал через диод

48 поступает на формирователь 52, с выхода которого еще один бит информаций записывается в первый счетчик 53. Процесс продолжается до и-го такта, когда результат вычитания становится отрицательным. 3апись информации в первый счетчик 53 прекращается, а результат, записанный в него.

35 характеризует уменьшение воспринимаемого значения интенсивности излучения обьекта 31 более, чем в n — 1 раз, но менее чем в и раэ. в течение взятого интервала опроса. Сигнал с формирователя 52 переключает коммутатор 44 в исходное состояние.

При отрицательном результате вычитания содержимого первого и второго блоков 42 и 43 памяти сигнал с выхода блока 46 вычитания через диод 49 поступает на формирователь

54, с выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 55. Мерой в данном случае служит первое воспринимаемое значение интенсивности излучения объекта

31. Сигнал с формирователя 54 поступает также на управляющий вход коммутатора 45, отключает от его входа блок 43 памяти и подключает к нему выход инвертора 47, подключенного к выходу блока 46 вычитания, В этом также сигнал на его выходе равен сумме первого воспринимаемого значения интенсивности излучения объекта 31 и первого результата на выходе блока 46, Отрицательный сигнал с выхода блока 46 через диод 49 поступает на формирователь 54, с выхода которого еще один бит информации записывается во второй счетчик 55. Далее в результате совместной работы инвертора 47 и блока 46 вычитания процесс сложения продолжается до m-го такта, когда результат становится положительным. Запись информации во второй счетчик 55 прекращается, а результат. записанный в него, характеризует увеличение: воспринимаемого значения интенсивности излучения объекта 31 более. чем в m — 1 раз. но менее, чем в m раз, втечение взятого интервала опроса. Сигнал с формирователя 54 переключает коммутатор 45 в исходное состояние.

При работе автономной измерительной системы, представленной на фиг.3, вследствие действия системы 58 наведения и фокусировки комплексная физическая величина, включающая компоненты излучения как связанные, так и не связанные с контролируемым объектом 56. через открытую диафрагму

60 поступает на первичный измерительный преобразователь 62 и далее через измерительный преобразователь 64 и управляемый коммутатор 66 записывается в блок 72 памяти. Одновременно вследствие действия системы 59 наведения и фокусировки комплексная физическая величина, включающая компоненты излучения как свяэанные, так и не связанные с контролируемым объектом 57, через открытую диафрагму 61 поступает на первичный измерительный преобразователь 63 и далее через измерительный преобразователь 65 и управляемый коммутатор 67 записывается в блок 75 памя1824520

50

55 ти. Затем в результате работы генератора 69 сигнал с формирователя 68. поданный на управляющие входы коммутаторов 66 и 67, переключает их выходы с входов первого и третьего блоков 72 и 75 памяти на входы

° второго и четвертого блоков 73 и 76 памяти соответственно. Одновременно сигнал с формирователя 68 после усиления в усилителе 70 поступает на вход привода 71, который переводит диафрагмы 60 и 61 во второе положение, В результате излучение видимого спектрального диапазона объектов 56 и 57 на соответствующие первичные измерительные преобразователи 62 и 63 не поступает. Компоненты излучения, проникающие через диафрагму 60, поступают нэ первичный измерительный преобразователь 62 и далее через измерительный преобразователь 64 и управляемый коммутатор 66 записывается в блок 73 памяти. Одновременно компоненты излучения, проникающие через диафрагму 61, поступают на первичный измерительный преобразователь 63 и далее через измерительный преобразователь 65 и управляемый коммутатор 67 записываются в блок 76 памяти.

Сигналы с блоков 72 и 73 памяти поступают на входы блока 74 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о компонентах излучения объекта 56, которые экранировались диафрагмой 60, Сигналы с блоков 75 и 76 памяти поступают на входы блока 77 вычитания, разностный сигнал на выходе которого несет информацию о компонентах излучения объекта 57, которые экранировались диафрагмой 61, Жесткое излучение, не связанное с обьектэми 56 и 57, на точность измерения не влияет. Сигналы с выходов блоков 74 и 77 вычитания после записи в соответствующие блоки 78 и 79 памяти через коммутаторы 80 и 81 поступают на входы блока вычитания, При положительном результате сигнал с его выхода через диод

84 поступает на формирователь 88, с выхода которого бит информации записывается в первый счетчик 09, Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения второго объекта 57, Сигнал с формирователя 88 поступает также на управляющий вход коммутатора 80, отключает от его входа блок 78 памяти и подключает к нему выход блока 82 вычитания, сигнал на выходе которого становится равным разности первого результата вычитания и воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57. При положительной разности сигнал через диод 84 поступает на формирователь 88, с выхода которого еще один бит информации эаписы5

35 вается в первый счетчик 89. Процесс продолжается до n-ro такта. когда результат вычитания становится отрицательным. Запись информации в первый счетчик 89 прекращается, э результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57 более, чем в n — 1 раэ, но менее, чем в и раз, Сигнал с формирователя

88 переключает коммутатор 80 в исходное состояние. При отрицательном результате вычитания содержимого пятого и шестого блоков 78 и 79 памяти сигнал с выхода блока

82 вычитания через диод 85 поступает на формирователь 90, с выхода которого бит информации записывается во второй счетчик 91. Мерой в данном случае служит воспринимаемое значение интенсивности излучения первого объекта 56. Сигнал с формирователя 90 поступает также на управляющий вход коммутатора 81 и переключает его вход с выхода блока 79 памяти на выход инверторэ 83, подключенного к выходу блока 02 вычитания. В этом такте сигнал на выходе блока 02 вычитания равен сумме воспринимаемого значения интенсивности излучения первого объе«та 56 и первого результата на выходе блока 82. Отрицательный сигнал через диод 05 поступает на формирователь 90. с выхода которого еще один бит информации записывается во второй счетчик 91. Далее в результате совместной работы инвертора 83 и блока 82 вычитания процесс сложения воспринимаемого значения интенсивности излучения первого объекта 56 и предшествующего результата сложения нэ вь ходе блока 02 продолжается до m-го такта, когда результат становится положительным. Запись информации во второй счетчик 91 прекращается, а результат, записанный в него, характеризует превышение воспринимаемого значения интенсивности излучения второго объекта 57 над воспринимаемым значением интенсивности излучения первого объекта

56 более, чем m — 1 раз, Далее сигнал с формирователя 90 переключает коммутатор

81 в исходное состояние, Использование данного изобретения позволяет строить информационно-иэмерительные системы физических величин без предварительного создания и хранения зталонов или мер этих величин и повышает точность измерения при неселективности первичных измерительных преобразователей к неинформативным компонентам измеряемой физической величины, Формула изобретения

Способ автономных измерений физических величин по авт.св. N 11775555005522, о т л и ч а1824520

Фиг.2. ю шийся тем, что. с целью повышения точности измерений. физическую величину воспринимают последовательно или параллельно во времени с помощью блока или блоков соответственно иэ двух идентичных первичных измерительных преобразователей, один иэ которых в каждом блоке зкранирует от одной или нескольких компонен,тов физической величины, а для последующей обработки запоминают разностные преобразованные физические величины

5 первичных измерительных преобразователей блока или блоков.

1824520

Составитель В.Нестеров

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш едактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

1аказ 2220 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5