Устройство для цифровой коррекции нелинейности

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к средствам неразрушающего контроля, и может быть использована в схемах радиоизотопных измерительных приборов абсорбционного типа. Применение полезной модели позволяет упростить схему устройства цифровой коррекции нелинейности и его настройку при заданной таблично нелинейной градуировочной характеристике прибора.
Известно устройство для цифровой коррекции нелинейности, содержащее группу вычитающих устройств, группу умножителей частоты и сумматор (Водовозов А.М., Полянский А.В. Линеаризация характеристик сцинтилляционных датчиков // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1978. № 8. С. 17-20).
Недостатком устройства является конструктивная сложность и низкая технологичность изготовления из-за большого количества элементов и связей между ними.
Известно также устройство для цифровой коррекции нелинейности измерительного прибора, содержащее счетчик импульсов, цифровой функциональный преобразователь, воспроизводящий функцию взаимообратную градуировочной характеристике прибора, и цифровой фильтр, выход которого является выходом устройства (Водовозов А.М. Линеаризация статической характеристики радиоизотопного плотномера // Измерительная техника, 2018, № 9, с. 66-69).
Недостатком такого устройства является сложность реализации, вызванная ограниченным интервалом дискретизации. За этот интервал необходимо вычислить сложные функции, описываемые алгебраическими многочленами высокого порядка, а также выполнить операции по цифровой фильтрации сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цифровой коррекции нелинейности, содержащее последовательно соединенные времяимпульсный преобразователь, вход которого является входом устройства, цифровой функциональный преобразователь и цифровой фильтр, выход которого является выходом устройства. При этом нелинейное преобразование в цифровом функциональном преобразователе выполняется на основе описания функции аппроксимирующим многочленом с учетом экспоненциального распределения интервалов времени между импульсами входного сигнала (Vodovozov A.M. Nonlinear Pulse-Time Conversion in Radioisotope Devices: Analysis and Application Possibilities. Devices and Methods of Measurements. 2021, vol. 12, no. 2, pp. 133-138).
Недостатки такого устройства обусловлены тем, что обработка сигналов в нем должна выполняться в режиме реального времени, а интервалы дискретизации устройства определяются случайными моментами поступления импульсов полезного сигнала на его вход. Поэтому сложность реализации устройства существенно возрастает при использовании аппроксимирующих многочленов и цифровых фильтров высокого порядка. При этом существенно усложняется и настройка устройства по заданной множеством точек градуировочной характеристике прибора.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в необходимости цифровой коррекции радиоизотопного прибора абсорбционного типа, у которого полезный выходной сигнал является стохастическим потоком импульсов с пуассоновским распределением.
Технический результат, на который направлена полезная модель, заключается в упрощении схемы устройства цифровой коррекции нелинейности радиоизотопного прибора абсорбционного типа и его настройки при заданной таблично градуировочной характеристике прибора.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные времяимпульсный преобразователь, вход которого является входом устройства, цифровой функциональный преобразователь и цифровой фильтр, выход которого является выходом устройства, цифровой функциональный преобразователь выполнен как компаратор, а цифровой фильтр - как измеритель средней частоты следования импульсов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графически (фиг. 1-2). На фиг. 1 изображена схема устройства цифровой коррекции нелинейности, а на фиг. 2 приведены временные диаграммы его работы.
0
Устройство цифровой коррекции нелинейности (фиг. 1) содержит последовательно соединенные времяимпульсный преобразователь 1, вход которого является входом устройства, компаратор 2, осуществляющий сравнение длительности каждого интервала t с заданным фиксированным значением Т и измеритель средней частоты следования импульсов 3, выход которого является выходом устройства.
Заявляемое устройство цифровой коррекции нелинейности работает следующим образом.
Абсорбционный радиоизотопный прибор использует ослабление ионизирующего излучения при прохождении его через объект контроля. Он формирует на своем выходе стохастический поток импульсов, интенсивность которого λ связана с контролируемым технологическим параметром градуировочной характеристикой прибора. Для приборов абсорбционного типа эта характеристика имеет падающий характер и может быть описана логарифмической зависимостью , где x - контролируемый технологический параметр (толщина, плотность и пр.), а переменные a и b рассчитываются путем аппроксимации данных, полученных экспериментально при снятии градуировочной характеристики прибора на контрольных образцах.
Стохастический поток импульсов на выходе радиоизотопного прибора считается пуассоновским потоком, для которого распределение интервалов времени t между импульсами описывается экспоненциальным законом
,
где t- интервал времени между импульсами;
- вероятность появления интервала t.
0
0.
0
В предлагаемом устройстве поток импульсов с изменяющейся интенсивностью λ поступает на времяимпульсный преобразователь 1, осуществляющий оцифровку временных интервалов t. Компаратор 2 сравнивает оцифрованный временной интервал t c уставкой T и при t>Tформирует на своем выходе (фиг. 2) импульсы длительностью t-T.
0
Частота следования импульсов на выходе компаратора f определяется значением T и плотностью распределения временных интервалов:
.
Импульсы с компаратора поступают на измеритель средней частоты следования импульсов 3.
Выходной сигнал измерителя средней частоты пропорционален частоте f
,
где k - коэффициент пропорциональности измерителя.
При  зависимость выходного сигнала фильтра от измеряемого параметра  линейна во всем диапазоне изменения переменной х.
Цифровой компаратор 2 и измеритель средней частоты 3 являются общеизвестными электронными схемами. За счет их использования существенно упрощается реализация устройства и его настройка при заданной таблично градуировочной характеристике радиоизотопного прибора абсорбционного типа. Реализация заявляемой полезной модели приводит к формированию линейной характеристики радиоизотопного прибора в широком диапазоне изменения контролируемого технологического параметра.
Заявленное устройство обеспечивает получение линейной характеристики радиоизотопного измерителя и, по сравнению с прототипом, имеет более простую в реализации и настройке схему.