Nghiên cứu áp dụng thiết bị ảo vào việc tổng hợp thiết bị đo lường652

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI _ Nguyễn Thị Lan Hương NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG THIẾT BỊ ẢO VÀO VIỆC TỔNG HỢP THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật đo điện Mã số: 2.04.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến TS Nguyễn Trinh Đường Hà nội - 2005 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nguyễn Thị Lan Hương LỜI C ẢM ƠN Để hồn thành luận án tơi nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình tập thể cán hướng dẫn PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến TS Nguyễn Trinh Đường, đóng góp ủng hộ nhiệt tình đồng nghiệp môn Kỹ thuật đo Tin học Công nghiệp Xin gửi đến họ lời cảm ơn chân thành Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Giảng - giám đốc trung tâm nghiên cứu quốc tế MICA, TS Eric Castelli, thư ký Đỗ Thanh Hiền thành viên trung tâm dành cho khơng khí làm việc thân Tơi xin gửi lời cảm ơn đến cán phòng đào tạo sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà nội, người tạo điều kiện để hoàn hạn luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tơi: Bố mẹ, anh chị chồng Cảm ơn bố PGS Nguyễn Trọng Quế, người truyền lại cho nhiều kiến thức ngành đo lường người động viên tinh thần vật chất để hồn thành luận án Thiếu đóng góp q báu lịng say mê khoa học ơng có lẽ tơi khơng thể hồn thành luận án Và thiếu ửng hộ gia đình tinh thần vật chất, tơi khó hồn thành luận án MỤ C LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị LỜI NÓI ĐẦU 12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT –HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 15 1.1 Lý thuyết tổng hợp phương pháp đo Ornatski 15 1.1.1 Xây dựng mơ hình q trình đo 15 1.1.2 Mơ hình trình đo 17 1.1.3 Các nguyên công đo lường 21 1.1.4 Tổng hợp phương pháp đo Ornatski 22 1.1.5 Nhận xét 23 1.2 Thiết bị đ o ảo (VI) 23 1.2.1 Khái niệm thiết bị ảo 23 1.2.2 Các chức thiết bị ảo VI 25 1.2.3 Các loại hình xu phần cứng 27 1.2.4 Nhận xét kết thiết bị ảo đạt 30 1.3 Lý thuyết thông tin đo lường 30 1.4 Kết luận-Phương hướng luận án 35 CHƯƠNG TỔNG HỢP THIẾT BỊ ĐO VÀ XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA TRỢ GIÚP TỔNG HỢP THIẾT BỊ ĐO 38 2.1 Xây dựng lý thuyết tổng hợp thiết bị đo 38 2.1.1 Sự tương ứng phương pháp đo thiết bị đo 38 2.1.2 Khối chức biến đổi 41 2.1.3 Khối chức tạo mẫu, mẫu biến đổi 48 2.1.4 Khối chức so sánh 50 2.1.5 Thực nguyên công giao tiếp 51 2.2 Xây dựng lưu trình tiến hành tổng hợp thiết bị đo sở khối chức thành lập 55 2.2.1 Xây dựng yêu cầu kỹ thuật củ a thiết bị đo 56 2.2.2 Chọn phương pháp theo yêu cầu kỹ thuật đề 56 2.2.3 Xác định nguyên công chọn khối chức thực 58 2.2.4 Chọn ADC 59 2.2.5 Tính hệ số biến đổi 60 2.2.6 Xác định lưu đồ phối hợp nguyên công phương pháp đo 60 2.2.7 Xác định sơ đồ khối củ a thiết bị đo 61 2.2.8 Tổ chức phần mềm th ực lưu đồ đo lường 62 2.2.9 Thực thiết bị makét 62 2.2.10 Bố trí thang đo, chuyển đơn vị đo 62 2.2.11 Bù loại sai số ph ạm vi 63 2.2.12 Thiết kế sản xuất 63 2.2.13 Đánh giá thiết bị tổng hợp 64 2.3 Xây dựng khối chức thực việc tổng hợp thiết bị đo công cụ VI 64 2.3.1 Khối chức biến đổi 64 2.3.2 Khối chức xác định đơn vị, tạo mẫu, tạo mẫu làm việc 68 2.3.3 Khối chức trợ giúp nguyên công so sánh 71 2.3.4 Khối chức thực giao tiếp 78 2.3.5 Tổng hợp thiết bị đo theo khố i chức (subVI) 79 2.4 Hệ chuyên gia trợ giúp thiết kế TBĐ 81 2.4.1 Một vài lý luậ n hệ chuyên gia xác định vấn đề 81 2.4.2 Xây dựng mơ hình hệ chun gia cho việc tổng hợp thiết bị 87 2.5 Kết luận 91 CHƯƠNG NÂNG CAO ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐO TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐO LƯỜNG VÀ CÔNG CỤ VI 92 3.1 Tự động định thang đo 92 3.2.Tự động chọn thang đo 96 3.3 Tự động khắc độ 97 3.4 Tự động bù sai số thiết bị đo 97 3.4.1 Sai số công ̣ tinh ́ 97 3.4.2.Bù sai số cộng tính và nhân tính 98 3.4.3 Bù sai số cộng tính, nhân tính và phi tuyến 100 3.4.4 Bù sai số thiết bị phương pháp lặp (hôì quy) 101 CHƯƠNG TỰ ĐỘNG ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ ĐO 104 4.1 Sai số lượng tử, sai số vượt qua 104 4.2 Xác định sai số ngẫu nhiên sai số ổn định 104 4.2.1 Cách đánh giá sai số vỉ thu thập số liệu xuất xưởng 105 4.2.2 Xây dựng toán tự đánh giá sai số ngẫu nhiên DAQ 106 4.3 Xác định sai số phi tuyến, bù sai số phi tuyến 108 KẾT LUẬN 111 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 126 CÁC K Ý HI ỆU VÀ CÁC CH Ũ VIẾT TẮT CĐSC- chuyển đổi sơ cấp TBĐ- thiết bị đo TNH- thống hố tín hiệu TT- truyền tin FFSS- Phương pháp so sánh FFBĐT- Phương pháp biến đổi thẳng FFĐT- Phương pháp so sánh đồng thời FFKĐT- Phương pháp so sánh không đồng thời FFCB- Phương pháp so sánh cân FFKCB- Phương pháp so sánh không cân GUM- Guide to Uncertainty of Measurement HMI- Human Machine Interface LSB- Least Significant BitMCU- Micro- Control Unit- Phần vi điều khiển NI- National Instruments PGA- Programmable Gain - hệ số khuếch đại điều khiển SAMI-Standard Architecture of Measurement of Instrumentation VI- Virtual Instrument - Thiết bị ảo VIs-Virtual Instruments- Các thiết bị ảo DAN H MỤC CÁC B ẢNG Bảng 2.1 Sự tương quan phương pháp đo thiết bị đo 39 Bảng 2.2: Bảng sở liệu cảm biến 44 Bảng 2.3: Các kết cấu biến đổi lực kích thước 127 Bảng 2.4 Quan hệ chuyển đổi sơ cấp 129 Bảng 2.5 Biến đổi áp- áp 130 Bảng 2.6 Biến đổi dòng –dòng 131 Bảng 2.7 Biến đổi dòng – áp 132 Bảng 2.8 Biến đổi áp – dòng 132 Bảng 2.9 Biến đổi điện trở áp/dòng 133 Bảng 2.10 Biến đổi ∆R thành áp 134 Bảng 2.11.Biến đổi dạng tín hiệu 135 Bảng 2.12 Một số nguồ n điện áp mẫu 136 Bảng 2.13 DAC phân giải cao (Burr-Brown) 137 Bảng 2.14 Các so sánh thường dùng thiết bị đo 138 Bảng 2.15 Các sai số vỉ NI PXI 5404 71 Bảng 2.16 Bảng đặc điểm sở liệu 88 DANH MỤC ỤC C ÁC HÌN H VẼ VÀ Đ Ồ TH Ị Hình 1.1 Ánh xạ từ không gian vật lý không gian số trình đo biến đổi thẳng 17 Hình 1.2 Lưu đồ sơ đồ khối trình đo biến đổi thẳng .18 Hình 1.3 Ánh xạ từ khơng gian số sang khơng gian vật lý trình đo kiểu so sánh 19 Hình 1.4.Lưu đồ phương pháp sơ đồ khố i trình đo kiểu so sánh 20 Hình 1.5 Sơ đồ quan hệ chuyển đổi 21 Hình1 Cấu trúc thiết bị đo ảo 23 Hình1 Mơ hình chuẩn SAMI 24 Hình 1.8 Các thành phần hệ DAQ 28 Hình 1.9 Vỉ thu thập liệu PCI 6024E .29 Hình 1.10 Sự xấp xỉ phân bố Student phân bố ngẫu nhiên 34 Hình 2.1 Chuỗi biến đổi cảm biến 42 Hình 2.2 Cấu trúc chuỗi biến đổi đo lường cảm biến công nghiệp .42 Hình 2.3 Các cách hình thức hố phép so sánh 50 Hình 2.4 Sơ đồ khối mơ hình so sánh 51 Hình 2.5 Sơ chuỗi biến đổi cảm biến tương tự đo áp suất 58 Hình 2.6 Sơ đồ khối thiết bị đo áp suất cảm biến điện trở lực căng 61 Hình 2.7 Mặt máy subVI hệ số biến đổi hệ .67 Hình 2.8 Chương trình chỉnh định thiết bị 68 Hình 2.9 Mặt máy máy phát tín hiệu 70 Hình 2.10 Sơ đồ hoạt động môđun thu thập số liệu 72 Hình 2.11 Sơ đồ khối thiết bị đo 10 so sánh cân không gian vật lý 73 Hình 2.12 Sơ đồ hoạt động môđun thu thập số liệu 74 Hình 2.13 Sơ đồ khối sử dụng PGA làm so sánh cân .75 Hình 2.14 Sơ đồ khối thiết bị so sánh đồng thời không cân 76 Hình 2.15 Mơ hình đo 79 Hình 2.16 Mơ hình hiểu nh thiết bị 80 Hình 2.17 Chu trình hệ chuyên gia 86 Hình 2.18 Sơ đồ giải thuật xây dựng chương trình chuyên gia tổng hợp thiết bị 87 Hình 2.19 Một số phần chương trình giúp tìm kiếm cảm biến hệ thu thập liệu VXL .90 Hình 2.20 Báo cáo cuối hệ chuyên gia 90 Hình 3.1 Bù zero trôi xử lý số 98 Hình 3.2 Bù sai số cộng tính nhân tính .99 Hình 3.3 Bù sai số cộng tính, nhân tính phi tuyến 100 Hình 3.4 Hiểu chỉnh sai số củ a thiết bị phương pháp lặp 102 Hình 3.5 Bù sai số thiết bị phương pháp lặp dùng MCU 103 Hình 4.1 Sơ đồ khối tự động đánh giá vỉ thu thập liệu PCI6024E 107 Hình 4.2 Mặt máy chương trình tự động đánh giá DAQ VI 108 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sai số phi tuyến 109 147 16.1 Reduce-Accuracy.vi 17 Connector Pane 18 Front Panel 19 Controls and Indicators Saiso y/c Gia tri duoc gia tri doi tuong So lan lap 20 Block Diagram 148 21 List of SubVIs Demo Read Voltage.vi C:\Bai thuc hanh co ban\Huong\Demos.llb\Demo Read Voltage.vi AO Update.vi C:\Bai thuc hanh co ban\Huong\Demos.llb\AO Update.vi AI -2.vi C:\Bai thuc hanh co ban\Huong\Demos.llb\AI -2.vi CalculatorK.vi 149 C:\Bai thuc hanh co ban\Huong\Demos.llb\CalculatorK.vi 22 History "Reduc-Accuracy.vi History" Current Revision: 23 Position in Hierarchy 150 Phụ lục Chương trình tự động đánh giá sai số 23.1 AutoEvalutionADQ.vi Chương trình tự động đánh giá sai số DAQ (PCI-6024E) 23.1.1 Connector Pane 23.1.2 Front Panel 23.1.3 Controls and Indicators Rang of Mes 151 Khoảng đo DAQ Cancel Phím tạm dừng chương trình Value of Calib Giá trị tạo mẫu thực Channel Kênh đo Save to file Lưu kết Mesure Tiến hành đọc giá trị proba Xác suất tin cậy calcul Tính tốn kết Table Bảng giá trị kết Value of Calib Giá trị định tạo mẫu 152 23.1.4 Block Diagram 153 154 155 156 157 23.1.5 List of SubVIs Write To Spreadsheet File.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\Utility\file.llb\Write To Spreadsheet File.vi GloCounter.vi D:\Huong New\Huong\LabVIEW\Luanvan\GloCounter.vi AI Sample Channel.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\DAQ\1EASYIO.LLB\AI Sample Channel.vi 158 AI Sample Channel (single-point waveform).vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\DAQ\1EASYIO.LLB\AI Sample Channel (single-point waveform).vi Read From Spreadsheet File.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\Utility\file.llb\Read From Spreadsheet File.vi Open/Create/Replace File.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\Utility\file.llb\Open/Create/Replace File.vi Mean.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\Analysis\baseanly.llb\Mean.vi AI Config.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\DAQ\ai.llb\AI Config.vi AI Clock Config.vi C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 6.1\vi.lib\DAQ\zadvd.llb\AI Clock Config.vi StudentTable.vi D:\Huong New\Huong\LabVIEW\Luanvan\StudentTable.vi 23.1.6 History "AutoEvalutionADQ.vi History" Current Revision: 38 159 23.1.7 Position in Hierarchy 113 92 ... thông tin đo lường Chương "Tổng hợp thiết bị đo xây dựng chương trình trợ giúp tổng hợp thiết bị đo" trình bày tương ứng phương pháp đo thiết bị đo Thiết bị đo thực kỹ thuật phương pháp đo Các nguyên... Phương pháp tổng hợp thiết bị đo sở khai thác ứng dụng kỹ thuật tiên tiến công nghệ thông tin hướng nghiên cứu Hiện phương pháp tổng hợp thiết bị đo nghiên cứu giới dừng lại số loại thiết bị cụ... trình đo lường Đây sở để ông đưa lý thuyết tổng hợp phương pháp đo Tuy nhiên, hạn chế công cụ kỹ thuật giai đo? ??n nên việc nghiên cứu ứng dụng bị hạn chế, việc nghiên cứu tổng hợp phương pháp đo