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

Tuy nhiên, thiết b o do hãng National ị ảInstruments xây dựng chỉ là những ph n mầ ềm xử lý trong "không gian số", phục vụ chủ yếu cho nguyên công giao tiếp theo định nghĩa của Ornatski

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

_

Nguyễn Thị Lan Hương

NGHIÊN CỨU ÁP D NG THI Ụ ẾT BỊ Ả O VÀO VIỆC T NG H Ổ ỢP THIẾT BỊ Đ O LƯỜNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan ây là công trình nghiênđcứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiêncứu là trung thực và chưa từng công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Nguyễn Thị Lan Hương

ký Đỗ Thanh Hiền và các thành viên của trung tâm đã dành cho tôi một không khí làm việc thân ái nhất Tôi cũng xin gửi l i cờ ả ơm n đến các cán bộ phòng

đào t o sau đại h c trường Đại h c Bách khoa Hà n i, nh ng người luôn t o ạ ọ ọ ộ ữ ạ

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan 2

Lời cảm ơn 3

Mục lục 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 7

Danh mục các bảng 8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị 9

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT –HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 15

1.1 Lý thuyết tổng hợp phương pháp đo của Ornatski 15

1.1.1 Xây dựng mô hình của quá trình đo 15

1.1.2 Mô hình của quá trình đo 17

1.1.3 Các nguyên công đo lường cơ ả b n 21

1.1.4 Tổng h p phương pháp o của Ornatski 22 ợ đ 1.1.5 Nhận xét 23

1.2 Thiế t b o ảo (VI)ị đ 23

1.2.1 Khái niệm thiết bị ả o 23

1.2.2 Các chức năng của thiết bị ả o VI 25

1.2.3 Các loại hình và xu thế ủ c a phần cứng 27

1.2.4 Nhận xét về ế k t quả ủ c a thiết bị ả o đạt được 30

1.3 Lý thuyết thông tin đo lường 30

1.4 Kết luận-Phương hướng của luận án 35

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP THIẾT BỊ Đ O VÀ XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA TRỢ GIÚP TỔNG HỢP THIẾT BỊ Đ O 38

2.1 Xây d ựng lý thuyế ề ổ t v t ng h ợp thiế t b oị đ 38

2.1.1 Sự tương ng giữa phương pháp đo và thiết bị đứ o 38

2.1.2 Khối chức năng biến đổi 41

2.1.3 Khối chức năng tạo mẫu, m u bi n đổi 48 ẫ ế 2.1.4 Khối chức năng so sánh 50

2.1.5 Thực hiện nguyên công giao tiếp 51

2.2 Xây d ng lự ưu trình tiến hành tổ ng h ợp thiế t b o trên cơ ởị đ s các khối chức năng đã thành lập 55

2.2.1 Xây dựng yêu cầu kỹ thuật của thi t b o 56 ế ị đ 2.2.2 Chọn phương pháp theo yêu cầu kỹ thuật đề ra 56

2.2.3 Xác định các nguyên công và chọn khối chức năng thực hiện 58

2.2.4 Chọn ADC 59

2.2.5 Tính hệ ố s biến đổi 60

2.2.6 Xác định lưu đồ phối hợp các nguyên công trong phương pháp đo 60

2.2.7 Xác định sơ khối củđồ a thi t b o 61 ế ị đ 2.2.8 Tổ ch c ph n m m th c hi n l u đồ đo lường 62 ứ ầ ề ự ệ ư 2.2.9 Thực hiện thiết bị trên makét 62

2.2.10 Bố trí thang đo, chuyển đơn v o 62 ị đ 2.2.11 Bù các loại sai số trong ph m vi có th 63 ạ ể 2.2.12 Thiết kế sản xu t 63 ấ 2.2.13 Đánh giá thiết bị đ ã được tổng h p 64 ợ 2.3 Xây dự ng các kh i ch c n ng th c hi n vi c t ng h p thi t b o ố ứ ă ự ệ ệ ổ ợ ế ị đ bằng công cụ VI 64

2.3.1 Khối chức năng biến đổi 64

2.3.2 Khối chức năng xác định n vị, tạo mẫu, tạo mẫu làm việc 68 đơ 2.3.3 Khối chức năng trợ giúp nguyên công so sánh 71 2.3.4 Khối chức năng thực hi n giao ti p 78 ệ ế 2.3.5 Tổng h p thi t b o theo các kh i ch c n ng (subVI) 79 ợ ế ị đ ố ứ ă

2.4 Hệ chuyên gia trợ giúp thiết kế TBĐ 81

2.4.1 Một vài lý lu n v h chuyên gia và xác định v n đề 81 ậ ề ệ ấ 2.4.2 Xây dựng mô hình hệ chuyên gia cho việc tổng hợp thiết bị 87

2.5 K ết luậ 91 n CHƯƠNG 3 NÂNG CAO ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ Đ O TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾ ĐT O LƯỜNG VÀ CÔNG CỤ VI 92

3.1 T ự động định thang đ o 92

3.2.T ự động chọn thang đ o 96

3.3 T ự động khắc độ 97

3.4 Tự động bù sai s thi t b o ố ế ị đ 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 ằ b ng phương pháp lặp (hôi quy) 101 ̀

CHƯƠNG 4 TỰ ĐỘNG ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ Đ O 104

4.1 Sai số lượng tử, sai s ố không thể vượ t qua được 104

4.2 Xác định sai số ngẫu nhiên và sai số không thể ổ n định 104

4.2.1 Cách đánh giá sai số ủ c a vỉ thu thập số liệu khi xuất xưởng 105

4.2.2 Xây dựng bài toán tự đ ánh giá về sai số ngẫu nhiên của DAQ 106

4.3 Xác định sai số phi tuyến, bù sai s phi tuyố ến 108

KẾT LUẬN 111

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

PHỤ LỤC 126

FFKCB- Phương pháp so sánh không cân bằng

GUM- Guide to Uncertainty of Measurement

HMI- Human Machine Interface

LSB- Least Significant Bit-

MCU- Micro- Control Unit- Phần vi đ ềi u khiển

NI- National Instruments

PGA- Programmable Gain - hệ ố s khuếch đại iđ ều khiển được SAMI-Standard Architecture of Measurement of Instrumentation VI- Virtual Instrument - Thiết bị ả o

VIs-Virtual Instruments- Các thiết bị ả o

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Sự tương quan giữa phương pháp đo và thiết bị đ o 39

Bảng 2.2: Bảng cơ sở dữ liệu cảm biến 44

Bảng 2.3: Các kết cấu biến đổi giữa lực và kích thước 127

Bảng 2.4 Quan hệ giữa các chuyển đổi s c p 129 ơ ấ 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 đ ện trở áp/dòng 133 i Bảng 2.10 Biến đổi ∆R thành áp 134

Bảng 2.11.Biến đổi giữa các dạng tín hiệu 135

Bảng 2.12 Một số nguồ đ ện i n áp mẫu 136

Bảng 2.13 DAC phân giải cao (Burr-Brown) 137

Bảng 2.14 Các bộ so sánh thường dùng trong các thiết bị đo 138

Bảng 2.15 Các sai số của vỉ NI PXI 5404 71

Bảng 2.16 Bảng đặc đ ểm của cơ sở dữ liệu 88 i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Ánh xạ ừ t không gian vật lý và không gian số trong quá trình đo

bi n ế đổi thẳng 17

Hình 1.2 Lưu đồ và sơ đồ khối của quá trình đo biến đổi thẳng .18

Hình 1.3 Ánh xạ ừ t không gian số sang không gian vật lý trong quá trình đo kiểu so sánh 19

Hình 1.4.Lưu đồ phương pháp và sơ đồ khố ủi c a quá trình o kiểu so sánh đ .20

Hình 1.5 Sơ đồ quan hệ ủ c a bộ chuyển đổi 21

Hình1 6 Cấu trúc của thiết bị đ ả o o .23

Hình1 7 Mô hình chuẩn SAMI 24

Hình 1.8 Các thành phần của hệ DAQ 28

Hình 1.9 Vỉ thu thập dữ liệu PCI 6024E 29

Hình 1.10 Sự ấ x p xỉ ủ c a phân bố Student và phân bố ngẫu nhiên 34

Hình 2.1 Chuỗi biến đổi các c m biến 42 ả Hình 2.2 Cấu trúc chuỗi các biến đổi o lườđ ng trong các cảm biến công nghiệp 42

Hình 2.3 Các cách hình thức hoá của phép so sánh 50

Hình 2.4 Sơ đồ kh i của các mô hình so sánh 51 ố Hình 2.5 Sơ chuỗi biến đổi c a cảm biến tương tự đủ o áp suất 58

Hình 2.6 Sơ đồ kh i của thiết bị đố o áp suất bằng cảm biến đ ệi n trở lực căng

61

Hình 2.7 Mặt máy của subVI hệ ố s biến đổi của hệ 67

Hình 2.8 Chương trình chỉnh định thiết bị 68

Hình 2.9 Mặt máy của máy phát tín hiệu 70 Hình 2.10 Sơ đồ ho t động c a môđun thu thập số liệu 72 ạ ủ Hình 2.11 Sơ đồ kh i của thiết bị đố o

so sánh cân bằng không gian vật lý 73 ở Hình 2.12 Sơ đồ ho t động c a môđun thu thập số liệu 74 ạ ủ

Hình 2.13 Sơ đồ kh i sử ụố d ng PGA làm bộ so sánh cân bằng 75

Hình 2.14 Sơ đồ kh i của thiết bị so sánh đồng thời không cân bằng 76 ố Hình 2.15 Mô hình đo .79

Hình 2.16 Mô hình hiểu chỉnh thi t b .80 ế ị Hình 2.17 Chu trình một hệ chuyên gia 86

Hình 2.18 Sơ đồ giải thu t xây dậ ựng chương trình chuyên gia tổng hợp thiết bị 87

Hình 2.19 Một số phần của chương trình giúp tìm kiếm cảm biến và hệ thu thập dữ liệu và VXL 90

Hình 2.20 Báo cáo cuối cùng của một hệ chuyên gia 90

Hình 3.1 Bù zero và trôi bằng xử lý số 98

Hình 3.2 Bù sai số cộng tính và nhân tính 99

Hình 3.3 Bù sai số ộ c ng tính, nhân tính và phi tuyến 100

Hình 3.4 Hiểu chỉnh sai số ủ c a thi t b b ng phương pháp l p 102 ế ị ằ ặ Hình 3.5 Bù sai số thiết bị ằ b ng phương pháp lặp dùng MCU 103

Hình 4.1 Sơ đồ kh i tựố động ánh giá vỉ thu thập dữ liệu PCI6024E 107 đ Hình 4.2 Mặt máy của chương trình tự động ánh giá DAQ của VI 108 đ Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sai số phi tuyến 109

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ sở lý thuy t k thu t o lường được Giáo sế ỹ ậ đ ư Ornatski (1)và các nhà khoa học Liên xô xây dựng t nh ng nừ ữ ăm bảy mươi của thế kỷ 20 Giáo sưOrnatski đã đưa ra khái niệm về một "đại lượng o được", xây d ng mô hình đ ựcủa quá trình đo, phân tích và định nghĩa các nguyên công cơ bản của một quá trình đo lường Đây chính là cơ sở để ông đưa ra lý thuy t t ng h p phương ế ổ ợpháp đo Tuy nhiên, do sự hạn ch củế a các công c kỹụ thu t trong giai o n ậ đ ạnày nên việc nghiên cứ ứu ng d ng bụ ị hạn ch , vi c nghiên c u t ng h p ế ệ ứ ổ ợphương pháp đo vẫn chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết

Cùng với sự phát triển vũ bão của công nghệ thông tin, năm 1986, hãng National Instruments (NI) đã đề xu t và xây dựng khái niệm thiết bị “ảo" ấ(Virtual Instrument-VI) và xây dựng phần mềm tổ hợp thi t b o trên c sở ế ị đ ơcác vỉ thu thập dữ liệu Phần m m xây d ng VI được t ch c có h th ng và ề ự ổ ứ ệ ố

có ứng dụng tương đối dễ dàng Tuy nhiên, thiết b o do hãng National ị ảInstruments xây dựng chỉ là những ph n mầ ềm xử lý trong "không gian số", phục vụ chủ yếu cho nguyên công giao tiếp theo định nghĩa của Ornatski [98], còn các ứng dụng cho các nguyên công khác như nguyên công so sánh trong không gian vật lý (phương pháp đo kiểu bù), nguyên công biến đổi và đặc biệt

là nguyên công t o mạ ẫu không đượ đềc cập n Hơn nữđế a, khi xây d ng thi t ự ế

b ịđo ảo, hãng National Instruments không quan tâm đến việc xây dựng cơ sở

lý thuyết để có thể áp dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuậ đt o lường

Đề tài "Nghiên cứu áp d ng thi t b o vào vi c t ng h p thi t b o ụ ế ị ả ệ ổ ợ ế ị đlường" nhằm mục đích đóng góp vào việc nghiên cứu ứng dụng các thành

tựu mới trong lĩnh vực đ ện tử và công nghệ tin học để xây dựng các thực ihiện kỹ thuật của phương pháp đo, tức là xây dựng lý luận về tổng hợp

(1) Giáo sư Ornatski P.P Khoa Đo lường thông tin - Trường Đại học Bách khoa Kiev

thiết bị đ o bằng các kh i ch c n ng c th và b ng công c o “ o” để th c ố ứ ă ụ ể ằ ụ đ ả ựhiện các nguyên công đo lường, xây dựng chương trình chuyên gia trợ giúp

tổng hợp hay thiết kế thiết bị đo trên cơ sở lý thuy t thông tin o lường nh m ế đ ằ

ứng d ng lý thuy t thông tin vào k thu t o ụ ế ỹ ậ đ

Mục đích nghiên cứu củ đề tài, phương pháp luận, phương pháp triển a khai đề tài, phương pháp xây dựng c sởơ lý thuy t, phát tri n các bài toán ế ể

thực nghiệm và kết quả ứ ng dụng được trình bày trong luận án với các nội dung chính:

Chương 1 "Cơ sở lý thuy t, phương hướng nghiên cứu của đề tài” ếChương này đề cậ ớp t i các n i dung v : (1) Gi i thi u c s lý lu n c a t ng ộ ề ớ ệ ơ ở ậ ủ ổhợp phương pháp đo của Ornatski Dựa trên mô hình của quá trình đo và các nguyên công đo lường, phân tích và đề ra phương hướng phát triển sang tổng

hợp thiết bị đo (2) Giới thiệu VI và các ứng dụng của VI bao gồm khái niệm

về VI của NI, cơ sở xây d ng c a VI Phân tích u nhược i m v ng d ng ự ủ ư đ ể ề ứ ụ

VI trong việc tổng hợp TBĐ (3) Nội dung lý thuyết thông tin đo lường của Novitski làm cơ sở để kết n i lý thuy t thông tin và k thu t thông tin o ố ế ỹ ậ đlường

Chương 2 "Tổng hợp thiết bị đ o và xây dựng chương trình trợ giúp

tổng hợp thiết bị đo" trình bày sự tương ứng gi a ph ng pháp đữ ươ o và thi t b ế ị

đo Thi t b o là th c hi n k thu t c a phương pháp o Các nguyên công ế ị đ ự ệ ỹ ậ ủ đ

đo lường được thực hiện bằng các khối chức năng thực và ảo: khối chức năng chuyển đổi sơ cấp, biế đổi chuẩn hoá thực hiện nguyên công biế đổi, các bộ n n

so sánh thực hiện nguyên công so sánh, các bộ ạ t o chuẩn mẫu biến đổi, các bộ phát xung chuẩn thực hiện nguyên công tạo mẫu luận án đề xuất xây d ng ựquy trình (lưu trình) tổng hợp thiết bị đ o dựa trên các khối chức năng thành lập, xây dựng các khối chức năng VI tương ứng với các chức năng nguyên công cơ bản và kh i tr giúp l a ch n và thi t k ph n thi t bị thực Các khối ố ợ ự ọ ế ế ầ ế

chức năng được xây dựng trên cơ sở các linh ki n i n t , các chuy n đổi s ệ đ ệ ử ể ơcấp, các biến đổi đo lường chuẩn hoá và các khối ảo của VI Quy tắc thành lập cơ sở dữ ệ li u và th vi n ch c n ng được tác gi gi i thi u và được ng ư ệ ứ ă ả ớ ệ ứdụng trong luận án Ngoài ra tác giả còn bước đầu xây dựng chương trình chuyên gia trợ giúp tổng hợp hay kỹ thuật hoá thiết kế thiết bị đ o

Chương 3 "Nâng cao đặc tính của thi t b o trên c sở ủế ị đ ơ c a lý thuy t ế

đo lường và công c o" đề cậụ ả p đến vi c xây d ng các phương pháp nâng ệ ựcao đặc tính kỹ thuật của thiết bị đ o đã được tổng hợp hay cải thiệ đặc tính n

của thiết bị đo đã có Trong chương này, tác giả đề xuất các phương pháp bù các loại sai số TBĐ của k thu t o lường ng d ng vào VI ây là hướng ỹ ậ đ ứ ụ Đnghiên cứu mới nhằm nâng cao độ chính xác của thiết bị đ o

Chương 4 "Tự động đánh giá thiết bị đ o" Một khâu r t quan tr ng ấ ọ

của kỹ thuật đo lường là đánh giá các thiết bị đo Chương này đã trình bày

ứng d ng lý thuy t v ánh giá các đặc tính c bảụ ế ề đ ơ n c a thi t b o, xây d ng ủ ế ị đ ựcác hệ thống tự đ ánh giá TB trên cĐ ơ ở s vi xử lý (PC)

Phương pháp tổng hợp thiết b o trên c sởị đ ơ khai thác ng d ng k ứ ụ ỹthuật tiên tiến của công nghệ thông tin là một hướng nghiên cứu mới Hiện nay các phương pháp tổng hợp thiết bị đ o được nghiên cứu trên thế ới mới gichỉ dừng l i mộ ố ạạ ở t s lo i thi t b cụ ểế ị th , ch a có công trình nghiên c u v lý ư ứ ềluận tổng hợp thiết bị đ nào được công bố Mặt khác các bài toán nghiên o

cứu nâng cao các đặc tính kỹ thuật của thiết bị đo, tự động bù sai số, tự động

đánh giá để nâng cao chính xác c a thi t b o luôn luôn là v n đề th i s độ ủ ế ị đ ấ ờ ựcủa kỹ thuật đo lường, nó chính là một trong nh ng đặc tr ng quan tr ng nh t ữ ư ọ ấcủa kỹ thuật đo Các vấn đề này vừa có tính cơ bản v a có tính ch t th i s , ừ ấ ờ ựđược thể hi n mộệ ở t s bài báo đăng trên t p chí IEEE n m 2004.ố ạ ă

CHƯƠNG I - CƠ SỞ Lí THUYẾT- PHƯƠNG HƯỚNG NG H Iấ N CỨU

CỦA ĐỀ TÀI

Chương này trỡnh bày tổng quan và phõn tớch lý thuyết về quỏ trỡnh đo lường, phương phỏp tổng hợp phương phỏp đo của GS.Ornatski, phõn tớch cỏc cụng cụ VI của hóng National Instruments và lý thuyết thụng tin đo lường của

GS Novitski; trỡnh bày cỏc nhận xột, đỏnh giỏ và xỏc định hướng nghiờn cứu, phỏt triển của đề tài nhằm phối hợp giữa lý thuy t về phương phỏp đo và ếcụng cụ cụng nghệ thụng tin trong tổng hợp thiết bị đ o

1.1 Lý thuyết tổng hợp phương phỏp đo củ a Ornatski

1.1.1 Xõy dựng mụ hỡnh của quỏ trỡnh đo

Ornatski xõy dựng cơ sở lý thuy t và mụ hỡnh k thu t o lường d a ế ỹ ậ đ ựtrờn định nghĩa quỏ trỡnh đo.[98] "Đo lường là quỏ trỡnh đỏnh giỏ định lượng

đại lượng cần đo cú kết quả bằng sốđể so với đơn v của nú" ị

Đại lượng đo được định nghĩa theo lý thuy t toỏn h c v ế ọ ềđộ đo trờn cơ

sở cỏc tiên đề về so sánh các đại lượng nh sau: ư

a Tiên đề tương đương (tức bằng nhau) :

x(A) = x(A) ; A phải bằng A (tính tự phản)

- Nếu x(A) = x(B) thì x(B) = x(A) (tính đối xứng)

- Nếu x(A) = x(B) và x(B) = x(C) thì x(A) = x(C) (Tính bắc cầu) Tiên đề này chỉ cho phép nhận dạng đối tượng

b Tiên đề xếp hạng (lớn, bé)

- x(A) ≠ x(A) A không thể lớn hơn A được (chống tự phản)

- Nếu x(A) > x(B) thì x(B) ≠ x(A) (chống đối xứng)

- Nếu x(A) > x(B) và x(B) > x(C) thì x(A) > x(C) (tính bắc cầu)

Tiên đề này chỉ cho phép thống kê, xếp hạng các đối tượng (ứng dụng vào tâm lý học, sư phạm v.v…) Trong kỹ thuật, cho phép thành lập các

hệ thống kiểm tra, báo động v.v…)

c Tiên đề về tính khả cộng

- Nếu x(A) = x(P) và x(B) = 0 thì x(A) + x(B) = x(P) (đại lượng zero)

- x(A) + x(B) = x(B) + x(A) (hoán vị)

- Nếu x(A) = x(P) và x(B) = x(M) thì x(A + B) = x(P + M)

- x(A + B) + x(C) = x(A) + x(B+C) (tính kết hợp)

- x(A + B) = x(A)+x(B) (tính phân bố)

Từ các tiên đề trên có thể thấy rằng, một đại lượng đo được - mang trong nó đặc tính thể hiện các tương quan tương đương, lớn nhỏ và khả cộng - cho phép ánh xạ về dãy số tự nhiên (tương đương và xếp hạng) Ngoài ra do

đặc tính khả cộng, có thể thành lập một dãy số, với một khoảng cách nhất

định, từ 0 đến n, tương ứng với các đại lượng cần đo

Như vậy, một đại lượng cần đo X có thể tìm được một đại lượng ∆X sao cho m∆X > X [với (m-1)∆X X], hay có thể ánh xạ được X vào tập số tự ≠nhiên với độ đo là ∆X

Đại lượng X như vậy là đại lượng đo được Đại lượng đo đ ợc có thể ư

ánh xạ một một vào không gian số tự nhiên Từ đó có thể thành lập mô hình quá trình đo

1.1.2 Mụ hỡnh của quỏ trỡnh đo

Theo những khái niệm trên, quá trình đo lường có thể diễn ra theo 2 cách:

a, Quá trình đo biến đổi thẳng:

á nh xạ tập các đại lượng vật lý cần đo (liên tục) vào tập các số tự nhiên (rời rạc) X → NX

Hỡnh 1.1 Ánh xạ ừ t khụng gian vật lý và khụng gian số trong quỏ trỡnh đo

So sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị đo được thực hiện trong không gian các số tự nhiên bằng một phép chia: X

0

0 ; K là hệ số biến đổi (phép ánh xạ) Quá trình và thủ tục tiến hành đo lần lượt được tóm tắt trên sơ đồ Hỡnh 1.2.b và Hỡnh 1.2.a

Hỡnh 1.2 Lưu đồ và s ơ đồ khối của quỏ trỡnh đ o bi ến đổi thẳng

Đại lượng mẫu X 0 (đại diện cho đơn vị đo lường) đ ợc bộ mã hoá (MH) ưbiến thành số N0 Đây là thao tác khắc độ dụng cụ đo (calibration) với hệ số

0

NK

Phép so sánh X NX

K

= được thực hiện tự động (bằng phép chia) hoặc

do người thực hiện

b, Quá trình đo kiểu so sánh

Trong quỏ trỡnh đo kiểu so sỏnh, tập các số tự nhiên (rời rạc) được ỏnh

x ạ thành dãy các đại lượng vật lý (rời rạc)

Xk = Nx.X0 (Nx biến thiên trong khoảng 0 - Nn)

X0 là đơn vị hoặc bội số, ước số của đơn vị

Hỡnh1.3 Ánh xạ ừ t khụng gian s ố sang khụng gian vật lý

trong quỏ trỡnh đo kiểu so sỏnh

Việc so sánh được thực hiện bằng một phép trừ giữa hai đại lượng vật lý

XK và X với điều kiện Xk ≤ X < XK+1 Quá trình và thủ tục tiến hành đo lần lượt được tóm tắt trên sơ đồ Hỡnh 1.2.b và Hỡnh 1.2.a

Hỡnh1.4 Lưu đồ phương phỏp và sơ đồ khối của quỏ trỡnh đo kiểu so sỏnh

ở sơ đồ khối hình 1.4b Nk được đ a ra theo một ch ơng trình định ư ưtrước, con số này qua một bộ biến đổi số - tương tự (D/A) biến thành

XK = NK.X0, với:

X0 là lượng tử của X (hay LSB của D/A)

Xk được so sánh với đại lượng cần đo X nhờ bộ so sánh (SS); đầu ra của

bộ so sánh dùng để điều khiển giá trị NK đưa vào D/A cho đến khi độ sai lệch giữa hai đại lượng bằng 0 Khi đó, kết quả được đọc trên NK có đơn vị là X0:

1.1.3 Cỏc nguyờn cụng đo lường cơ ả b n

Các nguyên công thực hiện được xác định theo mô hình của quá trình

b Nguyên công biên đổi:

Thực hiện phép biến đổi trên các tín hiệu đo lường: từ đại lượng này sang đại lượng khác, từ dạng này sang dạng khác Nguyên công biến đổi được

miêu tả trên hình 1-5

Hỡnh1 5 S ơ đồ quan hệ ủ c a bộ chuy ển đổi

Tr là toán tử biến đổi tín hiệu X tín hiệu vào, Y tín hiệu ra

Phép biến đổi được diễn ra dưới nhiều hình thức:

- Nếu Tr làm nhiệm vụ biến đổi đại lượng này sang đại lượng khác, gọi là cảm biến Ví dụ TP (cảm biến áp suất) TF (cảm biến lưu tốc) v.v…

- Tr là thuật toán tác động lên các tín hiệu đo, gọi là bộ thuật toán

c Nguyên công so sánh:

Nguyên công so sánh hay phép so sánh là nguyên công cơ bản nhất của quá trình đo lường; phép so sánh có thể được thực hiện trong không gian số bằng một thuật toán chia Nx

N0 (phương pháp đo biến đổi trực tiếp), trong không gian các đại lượng vật lý bằng một thuật toán trừ X - Xk ≤ ε (phương pháp đo kiểu so sánh)

Phép so sánh thể hiện tinh thần cơ bản của phương pháp đo và là nội dung nghiên cứu cơ bản của kỹ thuật đo lường

Trên cơ sở phân tích phép so sánh, có thể tìm ra quy luật tổ hợp các thao tác đo lường để tổng hợp phương pháp đo và từ đó thiết kế thiết bị đo thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đặt ra

d Nguyên công giao tiếp

Nguyên công giao tiếp được sử dụng để thông báo kết quả đo lường cho người hoặc cho hệ thống Với những phát triển mới của công nghệ thông tin, nguyên công giao tiếp có thể được biểu diễn dưới các dạng:

- Giao tiếp người máy (HMI) trong đó việc hiển thị, trao đổi, theo dõi giám sát là một dịch vụ khá lớn trong hệ thống thông tin đo lường điều khiển

- Giao tiếp với hệ thống (tức với mạng) thể hiện chủ yếu ở dịch vụ truyền thông

Hiện nay hai dịch vụ này chiếm một vị trí khá quan trọng trong hệ thống thông tin đo lường điều khiển

1.1.4 Tổng h p phương phỏp o c a Ornatski ợ đ ủ

Từ mụ hỡnh của quỏ trỡnh đo, phương phỏp đo chớnh là quỏ trỡnh đo

được mụ tả trong l u đồ củư a cỏc phộp bi n đổi, so sỏnh, kh c độ và hi n th ế ắ ệ ị

bằng số GS.Ornatski đó xõy dựng phương phỏp tổng hợp phương phỏp đo

bằng cỏch tổ hợp cỏc nguyờn cụng đo lường ễng đó đưa cỏc phương phỏp tạo

mẫu cố định, tạo mẫu bi n đổi, đơn m u, a m u, m t so sánh, nhi u so sánh ế ẫ đ ẫ ộ ềv.v… Ngoài ra, theo [98], Ornatski cũng đề cập đến các phương pháp đọc k t ếquả đ o, bù đặc tính kỹ thuật của thiết bị đ o và các biện pháp xác định sai số

của thiết bị đo

1.1.5 Nhận xét

Lý luận của GS.Ornatski là c sởơ lý thuy t v ng ch c, có nh ng ý ế ữ ắ ữtưởng độc đáo giúp cho việc phát triển lý thuyết của kỹ thuật đo lường Tuy nhiên, do trình độ kỹ thu t i n t và x lý tín hi u lúc ó còn h n ch nên ậ đ ệ ử ử ệ đ ạ ếcác nghiên cứu của GS.Ornatski mới chỉ là phương hướng giải quyết những vấn đề cụ ể th Ngày nay, v i s phát tri n m nh m củớ ự ể ạ ẽ a công ngh thông tin, ệnếu sử dụng các công cụ tin học vào việc tổng hợp phương pháp đo chắc chắn

sẽ nhận được những kết quả đáng kể có thể ứng dụng vào thực tế Đó chính

là hướng đi của đề tài

Để ứng dụng công cụ tin học vào lý thuyết đo lường, tác giả nghiên c u ứmột hướng phát triển mới c a công ngh thông tin, ó là các "thi t b o ủ ệ đ ế ị đlường ảo" hay “thiế ị đt b o lường cá nhân trên c s máy tính PC” ơ ở

1.2 Thiết bị đ ả o o (VI):

1.2.1 Khái niệm thiết bị ả o

Hình1 6 Cấu trúc của thiết bị đ ả o o

Thiết bị đ o ảo VI được xem là lớp phần mềm và/hoặc phần cứng thêm vào máy tính PC cho phép người dùng tác động qua lại với máy tính như với

một thiết bị đo truyền thống

Khái niệm thiết bị ả o được hãng National Instruments (NI) đưa ra vào năm 1986 khi máy tính cá nhân bắt đầu có ưu thế rõ rệt nhờ tính tiện dụng, đa năng và những phần mềm chuyên dụng dễ dàng cài đặt cùng với giá cả hợp

lý Thiết bị đ ả o o thực chất là một thi t bị đế o sử ụ d ng máy tính với các u vi t ư ệcủa phần mềm tin học

Các thành phần của một thi t bị đế o o ả được phân theo mô hình thiết bị

đo chu n SAMI (Standard Architecture of Measurement of Instrumentation) ẩ([20], [34], [53]) Theo mô hình này, VI có 3 phần chính có th thấy trực tiếp: ể

đo, tính toán và giao di n người dùng Ph n không nhìn th y m t cách tr c ệ ầ ấ ộ ựtiếp là phần mềm và phần hạ ầ t ng cơ ở s truyền thông (giao tiếp với hệ ố th ng)

Hình1 7 Mô hình chuẩn SAMI

Phần đo chủ yếu là các x lý ph n c ng nh chu n hoá tín hi u và bi n ử ầ ứ ư ẩ ệ ếđổi tương tự ố s [8] Các hãng đưa ra rất nhiều sản phầm khác nhau để phục vụ cho việc thu thập số liệu bao gồm b thu th p d li u (DAQ), b th ng nh t ộ ậ ữ ệ ộ ố ấ

Hiện thị Phân tích

Quá trình bên trong

Truyền tin Mạng

hoá tín hiệu đo (TNH-Conditioning) và các thiết bị đo đơn lẻ Theo các nguồn

số liệu thống kê, đứng u là sản phẩm của hãng NI đầ

Khái niệm về giao diện người sử dụng được phân ra thành 2 lo i : (1) ạgiao diện vật lý chính là các thiết bị đứng c lập theo kiểu truyển thống, (2) độgiao diệ đ ền i u khiển qua máy tính Giao diệ đ ền i u khi n qua máy tính ch y u ể ủ ế

là đồ thị, các đèn hi u, thường không sử dụng núm xoay hay nút bấm ệ

Phần được đánh giá cao của VI là giao diện với người sử dụng Sự khác

biệt lớn nhất giữa thiết bị đ o kiểu truyền thống và “thiết bị đo ảo” là giao diện với người sử dụng, được người s dụử ng t thi t k và s p đặt, bố trí… ự ế ế ắtheo ý muốn của mình Đây thực chất là đ ềi u khiển thông qua máy tính

1.2.2 Các chức năng c a thiủ ết bị ả o VI

Các hàm chức năng của phần mềm VI thường được tập hợp thành các nhóm rất phức tạp:

Các hàm cấu trúc đ ềi u khiển hoạt động của chương trình

- Các hàm đại số : chủ yếu là các ph n tính toán đại s , và ph n hi n ầ ố ầ ểthị và phát tín hiệu ngẫu nhiên Ngoài ra trong loại hàm này còn cho phép ta hiển thị các dữ ệ li u theo các định dạng khác nhau

- Các hàm trạng thái hay logic

- Các hàm xâu ký tự (string)

- Các hàm mảng

- Các hàm Cluster (nhóm): dùng cho các phần tử có định dạng khác nhau

- Các hàm so sánh: chủ ế y u dùng cho so sánh đại số, so sánh lớn hơn hoặc nhỏ hơn

- Các hàm thời gian và Dialog

Ngoài ra, người ta còn xây dựng một số chức năng hỗ trợ cho các phép

xử lý phức tạp: các hàm chức năng xử lý tín hiệu nâng cao, logic mờ, đ ều ikhiển giả lậ đ ềp, i u khi n PID, ng d ng Internet, hi n thị quá trình xử lý tín ể ứ ụ ểhiệu, xử lý ngôn ngữ truy vấn SQL…

Nhận xét:

Các chức năng hỗ trợ đề đượu c các ngôn ngữ bậc cao khác, ch ng h n ẳ ạnhư các chương trình Visual B, Visual C, tổ chức tương tự như nhau

Tuy nhiên, với cách tổ chức ưu tiên cho việc lập trình được dễ dàng như đ ang được sử dụng hi n nay trong các ngôn ng bậệ ữ c cao, m t l p trình ộ ậviên chuyên nghiệp (rất giỏi trong lĩnh vực tin học) cũng sẽ gặp nhi u khó ềkhăn khi lập trình để thiết kế một lo i thi t b o c th nào ó do thi u các ạ ế ị đ ụ ể đ ếkiến thức về thiết bị đ o Để hạn ch các khó kh n trên, trong lu n án, tác gi ế ă ậ ảxây dựng các khối chức năng theo các hàm của kỹ thuậ đt o lường và các khối chức năng trợ giúp người lập trình sử dụng nhằm đơn giản hoá công việc của người thiết kế

1.2.3 Các loại hình và xu thế ủ c a phần cứng

Trong mô hình SAMI, phần thu thập dữ liệu (DAQ) là cốt lõi của một thiết bị đ o DAQ là thiết bị thường nối vào slot bên trong máy tính, cho phép truyền giá trị số Ngoài ra, có một số thiết bị DAQ được nối qua cổng bên ngoài như ổ c ng nối tiếp, GPIB, hoặc cổng Ethernet

Phần cứng của DAQ có nhiệm vụ chuyển tín hiệu thu thập thành tín hiệu số để có thể gửi vào máy tính DAQ không ph i là thi t bị tính toán giá ả ếtrị đ o được cuối cùng Phần tính toán giá trị đ o do phần mềm trên máy tính đảm nhiệm

Ngoài ra, một môđun khác không thể thiếu trong phần cứng c a thi t b ủ ế ị

đo là b hoà h p và chu n hoá tín hi u (conditioning) Hình 1.8 mô t mộ ệộ ợ ẩ ệ ả t h thống thu thập dữ liệ đ ểu i n hình

Có hai kiểu lựa chọn kết nối để xây dựng DAQ: mô hình A hoặc mô hình B Ở mô hình A, tín hiệ đu o được truy n t b cảề ừ ộ m bi n (transducer) qua ế

bộ hoà hợp chuẩn hoá tín hiệu (TNH) rồi được đưa vào bus của máy tính (như PCI) Một cách khác,với mô hình B, tín hiệu được thu th p bởi môđun thu ậthập và đ ềi u khiển, sau đó được nối v i cớ ổng song song hay nối tiếp của máy tính

Hình1 8 Các thành phần của một hệ DAQ

Về cấu hình của mộ ỉt v thu th p d li u DAQ c m tr c ti p vào bus c a ậ ữ ệ ắ ự ế ủmáy tính, ngoài những sản phẩm chuyên cho thu thập một số đạ ượng nhất i lđịnh dùng cho những bài toán ng dụng cụ ểứ th , ph n l n các vỉ thu thập u ầ ớ đềbao gồm : đầu vào tương tự, đầu ra tương tự, vào ra I/O số và các b đếm Có ộnhiều loại chuẩn vào/ra phù h p với giao thức của các bus như: PCI, ợPXI/Compact PCI, ISA/AT, PCMCIA, USB và IEEE1394 (Firewire)

Hình 1.9 trình bày chi tiết cấu trúc của vỉ thu thập dữ liệu PCI6024E

của hãng NI

Hình1 9 Vỉ thu thập dữ liệu PCI6024E

Thông thường, một vỉ thu thập dữ ệ li u được tổ ch c thành các kh i: ứ ố

- Khối vào tương tự gồm nhi u kênh đơn (single) hoặc vi sai ề(difference), bộ phân kênh (MUX), bộ khuếch đại có hệ số đ ề i u khi n ể được và 1 bộ chuyể đổi tương tự sốn ADC Các tín hi u ệđược thu thập qua nhi u kênh tương t , thông qua b phân kênh, ề ự ộchỉ có một kênh được nối vào khuếch đại và ADC Một vỉ thu thập dữ liệu thông thường, để giảm giá thành, chỉ sử dụng duy

nhất 1 bộ biế đổi ADC n

- Khối ra tương tự gồm 1 ho c 2 chuy n đổi s tương tự DAC ặ ể ốPhần vào ra số gồm m t vài b định th i gian (timer) và b đếm ộ ộ ờ ộ(counter)

Hãng NI có một số thiết bị số, tương t vào ra t c độ cao và phát các ự ốdạng sóng hay thiết bị thu thập tín hiệu động DSA dùng để phân tích các tín

hiệu biế đổi nhanh như rung động hay sona (thiết bị định vị dưới nước bằn ng sóng âm hay siêu âm) [41], [63]

1.2.4 Nhận xét:

Sự phát triển mạnh mẽ của công ngh thông tin ã t o ra nh ng ph n ệ đ ạ ữ ầmềm tiện ích trợ giúp cho việc xử lý dữ liệu và xây dựng các phương pháp thiết kế các thiết bị đ o ảo trong không gian số Tuy nhiên, nếu xét trên quan

đ ểi m c a lý thuy t k thu t o lường, ph n tr giúp c a VI ch tương ứủ ế ỹ ậ đ ầ ợ ủ ỉ ng v i ớnguyên công giao tiếp của thiết bị đ o, còn các mođun biến đổi, tạo mẫu và so sánh trong không gian vật lý c thể chưa được đề cậ ớụ p t i, ho c m i ch được ặ ớ ỉ

đề cập m t cách r t s sài Rõ ràng, nếộ ấ ơ u chúng ta xây d ng được những khối ựchức năng đo lường cụ thể, các phần mềm môđun hoá phục vụ cho việc tạo mẫu, biến đổi, cho các kiểu so sánh khác nhau, cho các phép biến đổi kết cấu, các chuyển đổi s cấơ p, bi n đổi th ng nh t hoá … thì hi u qu ng d ng s ế ố ấ ệ ả ứ ụ ẽlớn hơn rất nhiều Đây chính là mục tiêu của luận văn

Tuy nhiên, cơ sở để xây d ng thi t b o là lý thuy t v quá trình o ự ế ị đ ế ề đlường, còn công nghệ thông tin mà VI ứng dụng lại dựa trên lý thuyết thông tin do Shannon sáng lập Như ậ v y, cần phải có một lý luận chặt chẽ để k t nối ếgiữa hai lý thuyết trên Đó chính là lý thuyết thông tin o lường của GS đNovitski

1.3 Lý thuyết thông tin đo lường

Lý thuyết thông tin đo lường do GS.Novitski đề xuất năm 1966, là cơ

s ở ứng dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuật đo lường GS.Noviski đã nghiên cứu kỹ các luật cơ bản c a Shannon và đưa ra khái ni m lượng thông tin c a ủ ệ ủ

một phép đo hay thiết bị đo I= H1–H0, trong đó H0 – entropi trước khi đo, là

tính bất định c a tín hiệu trủ ước khi nhận được kết quả đo; H1 là entropi sau khi đo (sau khi nh n tin) ậ

Khái niệm về entropi của nguồn tin được định nghĩa và áp dụng cho một phép đo có thể viết:

H x( ) + ∞ p x( ) log ( ) p x dx

−∞

với p(x) là phân bố xác suất xuất hiện đại lượng X

Trong trường hợp phân bố xác suất đều

n

1 )x(

với d= Xmax - Xmin là khoảng xác định của x

Nếu phân bố không đều, tức là ở các giá trị của x1, x2, x3 có xác suất

H(∆) entropi của tín hiệu nhận được

Áp dụng định lý này vào quá trình o lường [4] ta có: trước khi đo, đentropi của tín hiệ đu o (độ bất định c a ngu n tin) hay xác su t k t qu o r i ủ ồ ấ ế ả đ ơvào một giá trị nào đó trên thang đo d là đều, tức 1 1

pi

= = (giả thiết kho ng ả đo d chia làm N khoảng) Entropi trước khi đo là

Nếu phép đo không sai, kết quả đo hoàn toàn xác định, H(∆) = 0, lượng thông tin thu nhận được s là: ẽ

I(x) = H(x) - H(∆) =H(x) = log (1/N)

Như vậy, v i bi u di n nh phân tính theo đơn v bit, thì s bit c a thi t ớ ể ễ ị ị ố ủ ế

b ịđo sẽ cho biết lượng thông tin có được sau một lần đo không sai

Lượng thông tin của phép đo có sai là sự ả gi m entropi t H(x) trước khi ừ

đo xu ng entropi có i u ki n: là X r i vào giá tr Xố đ ề ệ ơ ị ct chỉ thị ế k t quả đ o

Thay vào công thức (1.3):

I= H(X)- H(X|Xct) =log ( Xmax –Xmin)–log (2∆)

Hay lượng thông tin sau khi đo:

Theo định nghĩa của kỹ thuật đo thì sai số tương đối γ =∆/(Xmax –Xmin),

ta tính được lượng thông tin của thiết bị đ o có sai là: I= -log 2γ

Công thức (1.6) có thể viết l i d i dạ ướ ạng lũy thừa :

2∆=exp H(X|Xct) hay ∆=expH(X|Xct) (1 7)

Sai số tuyệt đối ∆ ã hàm ý nghĩa là phân bố xác suất trong khoảng (-∆, đ+ ∆) là đều Với các d ng phân b xác su t khác c a sai sốạ ố ấ ủ , để tính ∆, ph i qui ả

về dạng phân bố xác suất đều

Với các đại lượng đo ngẫu nhiên, các đặc trưng của nó là kỳ vọng M[X] và phương sai : σ x p x dx2 ( )

+∞

−∞

= ∫ Áp dụng vào công thức (1.3), (1.4), (1.5) có thể tìm được quan hệ giữa ∆ và Ví dụσ , v i phân b đều ớ ố

3σ 1,73σ

∆ = = , với phân bố chuẩn ∆=2.07σ [97]

Một cách tổng quát ta có : ∆e =Ke σ (1.8)

Với : ∆e - sai số ủ c a entropi

Ke - hệ ố s entropi của dạng phân bố sai số ủ c a thiết bị đo

GS Novitski đã tính toán được các hệ số Ke của các dạng phân bố sai số khác nhau [97] Tuy nhiên, v n còn tẫ ồn tại một vấn đề là r t khó xác định các luật ấphân bố xác suất của các đại lượng đo, thêm vào đó, công thức (1-8) chỉ đ úng khi số lần đo tiến tới ∞

Để đơn giản, v i s l n th nghi m h u hạn, có thể qui mọi phân bố ềớ ố ầ ử ệ ữ v phân bố Student dựa trên b ng phân b ng u nhiên c a R.A Ficher [23], ả ố ẫ ủcông thức tính ∆e trở thành ∆ = K SSt x (1.9)

Với : ∆ là sai số tuyệt đối của phép đo hay thiết bị đo với mộ độ tin cậy xác t

định ứng vớ ố ầi s l n đo xác nh (bảđị ng phân b Student [23]) ố

KSt là hệ ố s student (ứng vớ ối s lần đo và độ đáng tin xác định)

x

S là độ lệch bình quân phương của giá trị trung bình lấy làm kết quả đ o

2 1

n i X

Với số lần đo là vô cùng thì Sx→ σ và Kst →Ke

Hình1 10 cho thấy sự xấp x củỉ a phân b student v i phân b chu n ố ớ ố ẩvới số lần kiểm tra lớn hơn 30

Hình1 10 Sự ấ x p xỉ ủ c a phân bố Student và phân bố ngẫ u nhiên

Đường mầu đỏ là đường phân b Student, đường màu xanh lá cây là ốđường phân bố ng u nhiên ẫ

Đây c ng chính là cách xác địũ nh không m b o o c a phép o hay độ đả ả đ ủ đthiết bị đ o được tính toán trong ISO/GUM/TAG4

Đóng góp c bảơ n nh t c a Novitski là ph i h p lý thuy t thông tin v i ấ ủ ố ợ ế ớ

lý thuyế ềt v sai số và đặc tính kỹ thu t c a thiế ị đậ ủ t b o

Độ phân giải (resolution) Dx

R LSB

= =N=2n được xác định theo số bit của bộ biến đổi tương tự số Theo lý thuy t v dụế ề ng c o s , ó c ng là sai ụ đ ố đ ũ

số lượng tử của thiết bị đo số

Khả năng thông tin của thiế ị đt b o 1

C I

T

=Trong đó I- lượng thông tin của mỗ ầ đi l n o

T- thời gian của một phép đo hay phép biến đổi

Liên hệ ớ v i công thức tính sai số tương đối c a thi t b o I= -log 2γ, ta ủ ế ị đ

sẽ tìm được quan hệ giữa khả năng thông tin c a m t thi t b o nào ó v i ủ ộ ế ị đ đ ớsai số ươ t ng đối c a thiế ị đ ấủ t b o y

Nhận xét:

Lý thuyết thông tin o l ng cđ ườ ủa Noviski cho phép vận dụng phần

mềm của công nghệ thông tin (VI) để tính toán sai số và đánh giá thiết bị đo

Lý thuyết này giúp chúng ta có cơ sở ữ v ng ch c để ng d ng công ngh thông ắ ứ ụ ệtin vào các thiế ị đt b o

1.4 Kết luận và phương hướng của luận án:

Sau khi nghiên cứu, tìm hi u v lý thuy t t ng h p ph ng pháp o ể ề ế ổ ợ ươ đcủa GS Ornatski, về thiết bị ả o và về lý thuyết thông tin đo lường, ta nhận thấy:

Lý thuyế ổt t ng h p phợ ương pháp đo của GS.Ornatski có cơ sở vững chắc nhưng chưa có đủ các công cụ hiện đại để tổng hợp thiết bị đo Thiết bị đ o « ảo » d a trên công ngh vi i n t và tin h c hi n đại ự ệ đ ệ ử ọ ệnhưng mới chỉ mạnh ph n giao di n, còn các nguyên công khác c a ở ầ ệ ủ

kỹ thuậ đo lường chưa được khai thác ứng dụng t

Trên cơ sở phân tích trên k t h p v i nghiên c u phương pháp và h ng phát ế ợ ớ ứ ướtriển mới trong lĩnh vực đo lường ứng dụng thành tựu công nghệ thông tin, phương hướng nghiên cứu cơ bản c a lu n án là: ng d ng các phương ti n ủ ậ ứ ụ ệ

kỹ thuật hiện đạ để tổng hợp thiết bị đo lường i

Bài toán tổng hợp thiế ị đt b o được trình bày với các nội dung sau:

(1) Thiết bị đ o là th c hiện kỹ thuậ ủự t c a phương pháp đo, là sự ph i h p ố ợcác khối chức năng thực hiện các nguyên công đo lường Thiế ị đt b o gồm các khối chức năng tổ hợp trong sơ đồ ấu trúc thiế ị c t b và phần m m ph i h p các ề ố ợ

- Căn cứ trên mô hình quá trình đo, lựa chọn cách thức phối hợp các nguyên công đo lường trên các phương pháp đo đã được tổng hợp của Ornatski Xây dựng các lưu trình của thiế ị đt b o và hệ thống o i n hình gồm đ đ ểcác sơ đồ kh i chứố c năng kèm theo lưu trình hoạt động của thi t b o ế ị đ

- Xây dựng cơ sở dữ ệ li u các kh i ch c n ng th c và o ph c v ố ứ ă ự ả ụ ụcho việc tổng hợp nói trên

- Bước đầu xây dựng hệ ợ tr giúp trong quá trình tổng hợp thiế ịt b

đo

(3) Nâng cao đặc tính kỹ thuật c a thiếủ t b o Mộị đ t v n đề rấ ớấ t l n c a ủngành k thuỹ ậ đt o lường là nâng cao đặc tính k thuỹ ật của thiết bị đ o, nằm trong khuôn khổ củ ổa t ng h p thi t b o nh xác định h sốợ ế ị đ ư ệ bi n đổi t ng ế ổ

hợp thiết bị đo, xác định khoảng đo và thang đo, nâng cao độ chính xác và tính bất biến của thiết bị đ o Trong đ ềi u kiện xây dựng các thiết b thông ịminh, vì khả năng thông tin c a các kh i ch c n ng r t cao (c hàng ch c ủ ố ứ ă ấ ỡ ụMbit/s) ta có thể vận d ng lý thuy t c a Novitski-Xapenco sử dụụ ế ủ ng d th a ư ừ

về khả năng phân ly ho c d th a về ốặ ư ừ t c độ để cải thi n đặc tính k thu t c a ệ ỹ ậ ủthiết bị đ o Trong bản luận án này các đặc tính k thuậ đỹ t o được nghiên c u ứ

là: (a) Vấn đề tự động nh thang o và ch n thang o c a thi t b o có b đị đ ọ đ ủ ế ị đ ộ

bi n ế đổi tương tự số ADC và b khu ch đại có hệ số đ ềộ ế i u khi n được PGA ể(b) Tự động loại tr sai số ộừ c ng tính và nhân tính của thi t b o b ng ph ng ế ị đ ằ ươpháp so sánh không đồng thời v i m u (c) T động bù sai số tổớ ẫ ự ng h p c a ợ ủthiết bị đ o bằng phương pháp quay vòng Những vấn đề này sẽ được trình bày

ở ch ng 3 c a lu n án ươ ủ ậ

(4) Tự động ánh giá TBĐ Trong việc tổng hđ ợp thiết b ị đo, một n i ộdung quan trọng là đánh giá các thiết b ã tổng hợp Trong các thiếị đ t b o ị đthông minh hiện nay, thông thường các giao diện tương t /s đều có kh năng ự ố ảphân ly lớn để đảm bảo cho tính chính xác của thiế ị đt b o, đảm bảo cho tốc độ

bi n ế đổi và thu thập rất cao Lợ ụi d ng tính năng này tác giả đ ã đề xuất phương pháp tự đ ánh giá thiế ị đ đt b o ã tổng hợp Phần này bao gồm các nội dung sau: (a) Tự động tự tính toán sai số ngẫu nhiên của thiết bị đo (b) Tự động tính toán sai số hệ ố th ng (c) T động tính toán sai s phi tuy n và phương pháp t ự ố ế ự

bù sai số phi tuyến Nội dung này sẽ được trình bày trong chương 4

CHƯƠNG 2 – TỔNG HỢP THIẾT BỊ ĐO VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG

TRÌNH TRỢGIÚP TỔNG HỢP THIẾT BỊ ĐO

Các phân tích lý thuyết trong chương 1 cho thấy rằng có thể xây dựng được các luậ ổt t ng h p thi t b o và t ó xây d ng ợ ế ị đ ừ đ ự được chương trình trợ giúp thiết kế thiết bị đ o

Trong chương 2, luận án sẽ trình bày: (1) Xây dựng khối chức năng thực hiện nguyên công đo lường, (2) Xây dựng quy trình (lưu trình) tổng hợp thiết bị đ o dựa trên các khối chức năng thành lập, (3) Xây dựng các khối chức năng VI tương ứng với các chức năng nguyên công cơ bản và kh i tr giúp ố ợlựa chọn và thiết kế phần thiết bị thực Tác giả cũng mô t quá trình thi t k ả ế ế

một thiết bị đo trên cơ sở các kh i ch c n ng c bảố ứ ă ơ n, đề xu t phương pháp ấđơn giản hoá vi c s dụng mộệ ử t lo t các kh i chứạ ố c n ng nh tổă ư ở ng k t 2.2 ế ở

bằng một số khối chức năng chuyên dụng, (4) Hệ chuyên gia trợ giúp thiết kếthiết bị đ o

2.1 Xây dựng các khối chức năng thực hiện các nguyên công đo lường

2.1.1 Sự tương ng giứ ữa phương pháp đo và thiết bị đ o:

Để tổng h p thi t b o được d dàng, c n ph i nghiên c u s tương ợ ế ị đ ễ ầ ả ứ ự

ứng gi a mô hình quá trình o (t c là phương pháp o) và các ng d ng k ữ đ ứ đ ứ ụ ỹthuật tương ứng (tức là thiết bị đ o) Việc tổng hợp thiết bị đ o phải bắt đầu từ xây dựng các khối chức năng thực hiện các nguyên công đo lường

B ảng 2.1 Sự tương ứng giữa phương pháp đo và thiết bị đo

Phương pháp đo

(Mô tả quá trình đo-Nguyên công)

(1)

Thiế ị đt b o (Giải pháp kỹ thuật -Khối chức năng)

(2) Phối hợp nguyên công khác nhau

Các thủ ụ t c phối hợp

Thể hiện bằng các s đồ kh i chức ơ ốnăng

Thực hiện bằng ph n mầ ềm xử lý Nguyên công biến đổi

Xử lý tín hiệu

X ử lý đại số FFT, lọc,

Các ước lượng thống kê

Tạo mẫu

Tạo mẫu biến đổi

Mẫu (Reference) Calibrator (Đ ệi n thế ế k , DAC)

Ví dụ

Phương pháp đo biến đổi thẳng

Phối hợp nguyên công

TBĐ biến đổi thẳng (trực tiếp)

X0 X

Phương pháp đo kiểu so sánh

Phối hợp nguyên công

X -> NX; Tính X= NX/K