RU2310167C2 - Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков - Google Patents
Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310167C2 RU2310167C2 RU2005114847/28A RU2005114847A RU2310167C2 RU 2310167 C2 RU2310167 C2 RU 2310167C2 RU 2005114847/28 A RU2005114847/28 A RU 2005114847/28A RU 2005114847 A RU2005114847 A RU 2005114847A RU 2310167 C2 RU2310167 C2 RU 2310167C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- sine
- sensor
- cosine
- values
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Предложенное изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении датчиков инклинометров, магнитных компасов и устройств, предназначенных для определения ориентации подвижных объектов. Технический результат от реализации изобретения состоит в увеличении точности измерений, а также в обеспечении возможности определения аварийных режимов работы устройств, связанных с обрывами и короткими замыканиями в цепях возбуждения синусно-косинусных датчиков. Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков заключается в усилении, детектировании и аналого-цифровом преобразовании синусного и косинусного сигналов диагностируемого датчика, а также в использовании значений опорных сигналов при обработке измерительной информации. При этом определяют абсолютные значения синусного и косинусного сигналов диагностируемого датчика и сравнивают их со значениями опорных сигналов, которые соответствуют границам заданных режимов работы синусно-косинусных датчиков, в которых они используются, при этом делают вывод, что диагностируемый синусно-косинусный датчик работает в том режиме, при котором абсолютные значения обоих сигналов данного датчика не превышают значения заданных опорных сигналов, соответствующих границам данного режима работы, а если ни один из заданных опорных сигналов, соответствующих границам заданных режимов работы диагностируемого датчика, не отвечает данному условию, то делают вывод, что датчик работает в режиме, при котором сигналы диагностируемого датчика превышают диапазоны входных сигналов аналого-цифрового преобразователя, используемого при аналого-цифровом преобразовании.
Description
Предлагаемый способ относится к области приборостроения и может быть использован при построении датчиков инклинометров, магнитных компасов и устройств, предназначенных для определения ориентации подвижных объектов.
Известен способ обработки сигналов феррозондов, который реализуется в феррозондовом датчике азимута (Авторское свидетельство № 1025877, Е21В 47/02, БИ № 24, 1983). Способ заключается в том, что сигналы феррозондов усиливают, детектируют и преобразуют в цифровые коды, которые далее используют для вычисления азимута.
Недостатком такого способа является отсутствие контроля значений сигналов феррозондов, по которым вычисляется азимут. В результате при обработке сигналов, которые вследствие воздействия помех превышают по величине диапазоны входных сигналов аналого-цифровых преобразователей, получаемые значения азимута имеют большие погрешности.
Известен также способ обработки сигналов феррозондов, реализованный в устройстве для контроля комплекса параметров траектории скважин и угла установки отклонителя (Авторское свидетельство № 1078041, Е21В 47/02, БИ № 9, 1984). Он заключается в том, что сигналы феррозондов усиливают, трансформируют путем передачи через синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы и преобразуют в цифровые коды, которые далее используют для вычисления азимута.
Достоинством этого способа является то, что за счет передачи сигналов феррозондов через вращающиеся трансформаторы изменяются функциональные зависимости сигналов и упрощаются алгоритмы вычисления азимута. Однако данный способ имеет тот же существенный недостаток, что и предыдущий аналог, т.к. при его использовании допускается обработка сигналов, значения которых вследствие воздействующих на устройство вибраций и ударов превышают диапазон входных сигналов аналого-цифрового преобразователя, в результате чего возникают большие погрешности при определении азимута.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу обработки сигналов синусно-косинусных датчиков является способ, который принят в качестве прототипа и реализован в преобразователе азимута инклинометра (Авторское свидетельство № 1760324, G01С 17/00, БИ № 33, 1992). Он заключается в том, что сигналы феррозондов, которые имеют ортогональные оси чувствительности и представляют собой синусно-косинусный датчик, усиливают, детектируют и преобразуют в цифровые коды, используемые далее для вычисления азимута, т.е. угла поворота подвижного объекта в горизонтальной плоскости. При этом производят измерения опорных сигналов, соответствующих некоторому действующему значению входного сигнала применяемых аналого-цифровых преобразователей и потенциалу общего провода схемы преобразователя, что позволяет учесть изменения параметров каналов преобразования сигналов феррозондов и тем самым повысить точность измерения азимута.
В процессе эксплуатации преобразователь может подвергаться воздействию вибраций и ударов, а также попадать в зоны действия объектов, обладающих ферромагнитными свойствами или собственными магнитными полями. При этом сигналы феррозондов могут достигать значений, превышающих диапазон входных сигналов аналого-цифровых преобразователей. Кроме того, преобразователь может находиться в таких местах, где измеряемое магнитное поле имеет очень низкую напряженность, например внутри обсадных труб в скважинах, в результате чего сигналы феррозондов могут иметь значения, существенно меньшие, чем диапазон входных сигналов аналого-цифровых преобразователей. Таким образом, в процессе работы преобразователя сигналы феррозондов могут достигать значений, превышающих или существенно меньших диапазонов входных сигналов аналого-цифровых преобразователей. В результате использования таких значений для вычисления азимута возникают большие погрешности, которые в целом снижают точность измерений. Это является существенным недостатком известного способа обработки сигналов.
В устройствах с синусно-косинусными датчиками целесообразно ввести условные режимы работы синусно-косинусных датчиков, задав их диапазонами изменения сигналов датчиков и обозначив, например, как режим малых сигналов, режим больших сигналов (режим перенапряжений), режим нормальной работы, режимы заданных погрешностей и т.п. Тогда определение указанных режимов работы позволит не только контролировать состояние синусно-косинусных датчиков, но и оценивать погрешности текущих измерений параметров.
Предлагаемое изобретение решает задачу определения режимов работы синусно-косинусных датчиков с целью обеспечения возможности отбраковки сигналов, обработка которых приводит к большим погрешностям при определении измеряемых параметров, а также с целью выявления аварийных ситуаций при работе преобразователей.
Технический результат, получаемый от использования изобретения, состоит в увеличении точности измерений параметров за счет снижения дисперсии измеренных значений параметров, а также в обеспечении возможности защиты преобразователей с синусно-косинусными датчиками при коротких замыканиях и обрывах в их электрических цепях.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе определения режимов работы синусно-косинусных датчиков, который заключается в усилении, детектировании и аналого-цифровом преобразовании сигналов датчиков, а также в использовании значений опорных сигналов при обработке измерительной информации, в отличие от прототипа определяют абсолютные значения сигналов датчиков и сравнивают их со значениями опорных сигналов, которые соответствуют заданным границам диапазонов изменения сигналов датчиков, при этом режимы, характеризующие изменения в работе датчиков, определяют из условий непревышения абсолютными значениями обоих сигналов синусно-косинусных датчиков значений соответствующих опорных сигналов.
Сигналы синусно-косинусного датчиков после усиления и детектирования имеют вид
где Um - амплитуда сигналов, Ψ - измеряемое угловое перемещение подвижного объекта. Аналого-цифровое преобразование этих сигналов дает значения кодов
где N и V - соответственно разрядность и верхняя граница диапазона входных сигналов используемого аналого-цифрового преобразователя (имеется в виду, что диапазон входных сигналов аналого-цифрового преобразователя составляет 0-V), U0=0,5V - смещение сигналов, вводимое при аналоговой обработке с целью определения знаков цифровых кодов, соответствующих сигналам датчиков. Для вычисления значений измеряемых параметров по сигналам датчиков используется алгоритм
где N0=2N-1 - цифровой код, соответствующий смещению сигналов датчиков U0.
Для нормальной работы синусно-косинусных датчиков необходимо, чтобы значения их сигналов удовлетворяли условию
при этом для обеспечения высокой точности измерения параметров амплитуды сигналов датчиков должны находиться в диапазоне
Если амплитуды сигналов датчиков малы по сравнению с U0, происходит относительное увеличение значений шагов квантования при аналого-цифровом преобразовании и значительно возрастают погрешности измерений. Например, если используется 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (N=10) и сигналы синусно-косинусного датчика равны UC=0,9U0 и US=0,25U0, то вычисленное по формуле (3) значение измеряемого угла составит ΨR1=15,5240. С учетом квантования сигналов значение измеряемого угла будет определяться по формуле
где ΔC и ΔS - шаги квантования, которые принимают значения 0 или ±1. В этом случае при ΔC=-1 и ΔS=1 значение измеряемого угла станет равным ΨR2=15,6650, т.е. погрешность, обусловленная квантованием сигналов, составит ΨR2-ΨR1=0,1410. Это значение вполне соответствует хорошей точности измерения параметров.
Однако, если сигналы датчика уменьшатся в 10 раз, т.е. примут значения UC=0,09U0 и US=0,025U0, то при прочих равных условиях значение измеряемого станет равным ΨR3=16,7680, а соответствующая погрешность составит ΨR3-ΨR1=1,2440. Это значение погрешности не позволяет считать измерения точными и требует либо коррекции, либо исключения соответствующих результатов измерений.
Если абсолютные значения одного или обоих сигнала датчика превышают величину U0, то условия (4) не выполняются, нарушаются синусные и косинусные зависимости сигналов от измеряемого угла и возникают существенные погрешности. Например, если косинусный сигнал датчика UC принимает положительные значения, превышающие U0, то его цифровое значение будет неизменным и равным 2. В этом случае при прежнем значении US=0,25U0 измеренное значение угла составит
а погрешность измерения будет иметь недопустимо большое для точных измерений значение ΨR4-ΨR1=-1,4880.
Таким образом, как режим малых сигналов, так и режим больших сигналов (режим перенапряжений) синусно-косинусных датчиков являются нежелательными, т.к. приводят к большим погрешностям измерений параметров. Поэтому с целью коррекции неточной измерительной информации в процессе работы датчиков эти режимы необходимо определять.
В предлагаемом способе указанные режимы определяются при сравнении абсолютных значений сигналов датчиков с заданными значениями соответствующих опорных сигналов. При этом новизна и неочевидность предлагаемого способа состоит в том, что он пригоден для выявления различных по существу режимов работы синусно-косинусных датчиков, а также в том, что абсолютные значения обоих сигналов датчиков сравнивают только с одним общим для них опорным сигналом.
При использовании предлагаемого способа обработки сигналов синусно-косинусных датчиков выполняют следующие операции:
1. Производят аналого-цифровое преобразование сигналов синусно-косинусных датчиков (1)
UC=UmcosΨ, US=UmsinΨ,
в результате чего получают цифровые коды
где Um - амплитуда сигналов, Ψ - измеряемое угловое перемещение, N и V - соответственно разрядность и верхняя граница диапазона входных сигналов используемого аналого-цифрового преобразователя, U0=0,5V - смещение нулевого уровня сигналов, необходимое для определения их знаков;
2. Определяют значения сигналов датчиков в цифровом виде
3. Определяют абсолютные значения сигналов датчиков
Практически это делают с помощью следующих логических операций:
4. Вводят опорные сигналы Мi и сравнивают абсолютные значения сигналов датчиков (10) со значениями опорных сигналов. При выполнении условий
определяют режимы работы датчиков, соответствующие 1-м опорным сигналам.
Для определения режимов, связанных с обрывами и замыканиями в цепях возбуждения датчиков и приводящих к пропаданию сигналов, значения опорных сигналов выбирают равными нескольким единицам младших разрядов используемых цифровых кодов. В частности при N=10 значение опорного сигнала может быть выбрано из диапазона М=(8...16).
При определении режимов малых сигналов синусно-косинусных датчиков значения опорных сигналов целесообразно выбирать исходя из заданных значений максимально допустимых в этих режимах погрешностей измерения. Учитывая то, что погрешность, обусловленная квантованием сигналов, равна
из последнего равенства может быть найдено относительное значение амплитуды сигналов синусно-косинусного датчика, которое соответствует заданному максимальному значению погрешности ,
При этом значение опорного сигнала для определения режима малых сигналов по критерию максимально допустимого значения погрешности измерения составит
Для определения нормальных режимов работы синусно-косинусных датчиков значение опорного сигнала при N=10 целесообразно выбрать равным М=2N-1-(15...20), а режимов, связанных с перенапряжениями на входах аналого-цифровых преобразователей, - равным М=2N-1-(0...5).
В устройствах с синусно-косинусными датчиками, где используется предлагаемый способ обработки сигналов, целесообразно формировать служебные сигналы, которые отражают текущие режимы работы датчиков и дают возможность принимать соответствующие решения, а именно: при определении оптимальных режимов работы датчиков использовать поступающую от датчиков измерительную информацию для точного количественного контроля измеряемых параметров; в режимах, связанных большими погрешностями, использовать измерительную информацию только для качественного контроля параметров; в режимах, связанных с перегрузками на входах аналого-цифровых преобразователей, не производить обработку сигналов датчиков; при определении отказов преобразователей производить отключение от источников питания и проверку устройств.
Предлагаемый способ может быть реализован программным путем в тех же вычислительных устройствах, в которых производится обработка сигналов датчиков. Кроме этого, он может быть реализован с помощью отдельных логических устройств, построенных на основе аналоговых или цифровых компараторов, однако этот путь связан с дополнительными аппаратурными затратами и является малоперспективным.
Предлагаемый способ может быть использован и для анализа работы трехкомпонентных датчиков ориентации объектов. В этом случае трехкомпонентные датчики представляются в виде двух (или трех) синусно-косинусных датчиков, измеряющих перемещения объектов в двух (или трех) ортогональных плоскостях в пространстве, а режимы работы определяют при совпадении условий (11) для каждого из синусно-косинусных датчиков.
Claims (1)
- Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков, который заключается в усилении, детектировании и аналого-цифровом преобразовании синусного и косинусного сигналов диагностируемого датчика, а также в использовании значений опорных сигналов при обработке измерительной информации, отличающийся тем, что определяют абсолютные значения синусного и косинусного сигналов диагностируемого датчика и сравнивают их со значениями опорных сигналов, которые соответствуют границам заданных режимов работы синусно-косинусных датчиков, в которых они используются, при этом делают вывод, что диагностируемый синусно-косинусный датчик работает в том режиме, при котором абсолютные значения обоих сигналов данного датчика не превышают значения заданных опорных сигналов, соответствующих границам данного режима работы, а если ни один из заданных опорных сигналов, соответствующих границам заданных режимов работы диагностируемого датчика, не отвечает данному условию, то делают вывод, что датчик работает в режиме, при котором сигналы диагностируемого датчика превышают диапазоны входных сигналов аналого-цифрового преобразователя, используемого при аналого-цифровом преобразовании.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005114847/28A RU2310167C2 (ru) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005114847/28A RU2310167C2 (ru) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005114847A RU2005114847A (ru) | 2006-11-27 |
RU2310167C2 true RU2310167C2 (ru) | 2007-11-10 |
Family
ID=37664136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005114847/28A RU2310167C2 (ru) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310167C2 (ru) |
-
2005
- 2005-05-16 RU RU2005114847/28A patent/RU2310167C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005114847A (ru) | 2006-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3826207B2 (ja) | 自己校正機能付き角度検出器 | |
US8884611B2 (en) | Angle sensor and method for determining an angle between a sensor system and a magnetic field | |
US6693423B2 (en) | Arrangement for angular measurement | |
US6018318A (en) | Method and apparatus for determining the phase angle in position transmitters with sinusoidal output signals | |
US9354085B2 (en) | Angle detecting device with complex self-calibration function | |
WO2021017075A1 (zh) | 混合编码器的位置确定方法、装置、设备及可读存储介质 | |
US20120283978A1 (en) | Axis run-out measuring method and angle detecting device with self-calibration function having axis run-out measuring function | |
RU2339938C1 (ru) | Способ диагностирования металлических конструкций и устройство для его осуществления | |
US6384405B1 (en) | Incremental rotary encoder | |
CN107810390A (zh) | 位置编码器 | |
RU2310167C2 (ru) | Способ определения режимов работы синусно-косинусных датчиков | |
JP2003121135A (ja) | リニヤスケールの読出装置 | |
US11982547B2 (en) | Magnetic position sensor system, method and device with error detection | |
CN106054088A (zh) | 一种提高磁通量传感器动态输出范围的自零放大电路 | |
JP2006078392A (ja) | レゾルバ信号の異常検出方法 | |
RU2442181C1 (ru) | Измеритель пеленгационных характеристик систем антенна - обтекатель | |
US11788866B2 (en) | Magnetic position sensor device, method and system, with error detection | |
CN106840653B (zh) | 精密减速器综合性能检测仪的误差标定方法 | |
KR100943815B1 (ko) | Gis 데이터를 이용한 선박항해장비 시험방법 | |
RU2787967C1 (ru) | Способ измерения азимута горизонтальных компонент чувствительности скважинных сейсмоприемников | |
JP2694835B2 (ja) | 並列型a/d変換器 | |
RU108846U1 (ru) | Магнитный дефектоскоп для контроля металлических трубопроводов | |
RU2302615C1 (ru) | Магнитный компас | |
KR200266533Y1 (ko) | 건축 구조물용 풍압계 | |
CN116817009A (zh) | 信息自解析的阀门状态监测装置及其信息处理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080517 |