ITTO20100764A1 - Sistema e procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura. - Google Patents

Sistema e procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura. Download PDF

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Description

Descrizione dell’Invenzione Industriale avente per titolo:
“SISTEMA E PROCEDIMENTO DI DETERMINAZIONE DI DERIVE (OFFSET) DI STRUMENTI DI MISURAâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante. La presente invenzione si riferisce inoltre ad un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura mediante un sistema secondo la presente invenzione.
Come noto, qualsiasi strumento di misura o sensore à ̈ affetto sostanzialmente da una deriva (offset) composto da due tipologie di errori:
- errori di misura sistematici, costanti e dipendenti dal principio fisico utilizzato e dalla sensibilità dello strumento o sensore stesso;
- errori variabili lentamente, dipendenti dalle condizioni ambientali e di utilizzo nelle quali lo strumento o il sensore si trova ad operare, come per esempio temperatura, pressione, umidità, invecchiamento dello strumento stesso, ecc….
Quando la misurazione effettuata dallo strumento di misura à ̈ a valore medio nullo o costante, o indica lo scostamento rispetto ad una posizione fissa, à ̈ possibile determinare l’errore di misura con elevata precisione e depurare quindi la misura stessa dall’errore complessivo, quale sommatoria degli errori fissi e variabili lentamente rispetto, alla dinamica del sistema a cui à ̈ applicato.
In particolare, à ̈ altresì noto nella tecnica che i sensori di velocità angolare hanno un ruolo particolarmente importante nei sistemi di stabilizzazione di rollio e beccheggio per navi ed altri innumerevoli sistemi, in quanto la velocità di rollio ha un notevole peso sulla efficacia della regolazione tramite pinne. Per potere utilizzare sensori di costo accettabile, vengono attualmente utilizzati sensori di velocità angolare con fondo scala di ±50°/s mentre il campo utile per la misura à ̈ al massimo dell’ordine di grandezza di 2 o 3°/s. Ogni sensore ha quindi un errore sistematico ed uno lentamente variabile che dipende dalla temperatura ambiente, dall’invecchiamento, e dalle altre condizioni sopra esposte: questo errore à ̈ tipicamente dell’ordine del 1%. In questo caso l’errore della misura à ̈ dello stesso ordine di grandezza della quantità che si desidera misurare e sarebbe quindi essenziale, depurare il sensore dagli errori fissi e variabili (lentamente rispetto al fenomeno che si desidera rilevare) in modo automatico ed ottenere una misura con precisione migliore di quella ottenuta dal sensore puro. Senza però la stima e la sottrazione di questo errore non à ̈ possibile usare il sensore in maniera importante e con efficacia rilevante rispetto ad altre misure e, di conseguenza, i sistemi di regolazione, nei quali à ̈ utilizzato il sensore, non possono avere prestazioni rilevanti.
Scopo quindi della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un sistema ed un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, che consenta la misurazione degli errori sistematici e dipendenti dalle condizioni ambientali e dall’invecchiamento dei sensori.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un sistema ed un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, applicabili a qualsiasi tipo di misura, quali misure di velocità, lineare ed angolare, ed accelerazione, lineare ed angolare, nella quale à ̈ necessario togliere la parte di errore costante (accelerazione di gravità, per gli accelerometri), e/o lentamente variabile ed i qualsiasi sensore, compresi quelli ad uso navale.
Inoltre, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un sistema ed un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, applicabili nelle applicazioni in cui i sensori sono utilizzati, come campo utile della misura, nel range dell’errore dello strumento (qualche unità percentuale).
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, come quello descritto nella rivendicazione 1.
Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione vengono raggiunti con un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, come quello descritto nella rivendicazione 7.
Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento all’unico disegno allegato, nel quale la FIG. 1 mostra un diagramma a blocchi rappresentante una realizzazione preferita del sistema secondo la presente invenzione.
Facendo riferimento alla FIG. 1 à ̈ possibile notare che il sistema 1 di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, secondo la presente invenzione à ̈ composto da:
- primi mezzi di elaborazione 3 atti a calcolare da almeno un valore di un segnale di misura S derivante da una misura istantanea effettuata da almeno uno strumento di misura o un sensore (non mostrato), almeno un valore di deriva (offset) Î ́ di tale segnale S; e
- secondi mezzi di elaborazione 5 atti a sottrarre tale valore di deriva (offset) Î ́ dal valore del segnale di misura S istantanea per ottenere un valore di misura corretta S-Î ́ di tale segnale S, depurato quindi dalla deriva (offset) Î ́, ed utilizzabile eventualmente ai fini di elaborazioni successive.
In una realizzazione preferita del sistema 1 secondo la presente invenzione, l’errore di misura o il valore della deriva (offset) Î ́ à ̈ determinato calcolando una media mobile, eventualmente pesata, e con un numero di campioni adeguato, del valore del segnale di misura S: in tale caso, i primi mezzi di elaborazione 3 comprendono quindi mezzi di calcolo di una media mobile del valore del segnale di misura S per determinare tale valore di deriva (offset) Î ́.
In alternativa, i primi mezzi di elaborazione 3 comprendono almeno un qualsiasi filtro passa basso numerico, FIR (Finite Impulse Response) o IIR (Infinite Impulse Response) o equivalente funzione implementata da PLC, atto a determinare tale valore di deriva (offset) Î ́ dal valore del segnale di misura S.
In ulteriore alternativa, i primi mezzi di elaborazione 3 comprendono almeno un qualsiasi filtro analogico passa basso (di ordine più o meno alto), realizzato in modo circuitale o tramite funzioni preimpostate equivalenti implementate da PLC, atto a determinare tale valore di deriva (offset) Î ́ dal valore del segnale di misura S.
In particolare, il filtro compreso nei primi mezzi di elaborazione 3 deve avere, tra eventuali altre componenti, una forte componente passa basso a frequenza di taglio molto più bassa della banda utile del segnale S. Per esempio, per le applicazioni navali di stabilizzazione del rollio, la frequenza di taglio del filtro à ̈ dell’ordine di grandezza di 1/600 Hz (costanti di tempo dell’ordine dei 10 minuti): in particolare, si noti che se il filtro compreso nei primi mezzi di elaborazione 3 à ̈ applicato ad sensore quale un accelerometro senza sottrazione dell’accelerazione di gravità, esso à ̈ in grado di stimare e sottrarre le componenti costanti e lentamente variabili, compresa la variazione di accelerazione di gravità in funzione della quota sul livello del mare.
La presente invenzione si riferisce inoltre ad un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante e mediante un sistema 1 come quello precedentemente descritto. Il procedimento secondo la presente invenzione comprende quindi le fasi di:
a) rilevare almeno un valore di un segnale di misura S derivante da una misura istantanea effettuata da almeno uno strumento di misura o un sensore (non mostrato);
b) calcolare da tale valore di segnale di misura S almeno un valore di deriva (offset) Î ́ di tale segnale S: tale fase può essere realizzata, preferibilmente, calcolando una media mobile, eventualmente pesata, con un numero di campioni adeguato, del valore del segnale di misura S, per esempio mediante i mezzi di calcolo di una media mobile, eventualmente pesata, dei primi mezzi di elaborazione 3 del sistema 1 secondo la presente invenzione. In alternativa, tale fase può essere realizzata un qualsiasi filtro passa basso numerico FIR (Finite Impulse Response), IIR (Infinite Impulse Response) o filtro analogico passa basso o con equivalente funzione implementata da PLC dei primi mezzi di elaborazione 3 del sistema 1 secondo la presente invenzione; e
c) sottrarre tale valore di deriva (offset) Î ́ dal valore del segnale di misura S istantanea per ottenere un valore di misura corretta S-Î ́ di tale segnale S: tale fase può essere realizzata, preferibilmente, mediante i secondi mezzi di elaborazione 5 del sistema 1 secondo la presente invenzione.
Ovviamente, il sistema 1 ed il procedimento secondo la presente invenzione come precedentemente descritti sono applicabili a tutti i tipi di sensori di posizione, velocità ed accelerazione lineari o angolari in qualsiasi applicazione se ne renda necessario il loro utilizzo.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (8)

  1. OSSERVA che le rivendicazioni depositate in allegato sono state modificate in conformità con le obiezioni sollevate nell'Opinione Scritta che accompagnava il Rapporto di Ricerca redatto il 4 maggio 2011, incorporando il contenuto delle vecchie Rivendicazioni 1 e 2 nella Nuova Rivendicazione 1 e limitando il sistema a strumenti di misura che effettuano misure a valore medio nullo, il cui significato à ̈ stato meglio indicato nella rivendicazione. Inoltre, le altre Nuove Rivendicazioni sono state rinumerate di conseguenza, insieme alle loro dipendenze. Avendo superato tutte le obiezioni indicate nella suddetta Opinione Scritta, si RICHIEDE la Concessione della Domanda di Brevetto Italiano sopra indicata. lentamente variabile che dipende dalla temperatura ambiente, dall'invecchiamento, e dalle altre condizioni sopra esposte: questo errore à ̈ tipicamente dell'ordine del 1%. In questo caso l'errore della misura à ̈ dello stesso ordine di grandezza della quantità che si desidera misurare e sarebbe quindi essenziale, depurare il sensore dagli errori fissi e variabili (lentamente rispetto al fenomeno che si desidera rilevare) in modo automatico ed ottenere una misura con precisione migliore di quella ottenuta dal sensore puro. Senza però la stima e la sottrazione di questo errore non à ̈ possibile usare il sensore in maniera importante e con efficacia rilevante rispetto ad altre misure e, di conseguenza, i sistemi di regolazione, nei quali à ̈ utilizzato il sensore, non possono avere prestazioni rilevanti. Scopo quindi della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un sistema ed un procedimento di determinazione di derive (offset) di strumenti di misura, in particolare di misure a valore medio nullo o costante, che consenta la misurazione degli errori sistematici e dipendenti dalle condizioni ambientali e dall'invecchiamento RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) di determinazione di derive (offset) (Î ́) di strumenti di misura, detto sistema (1) essendo essere composto da: primi mezzi di elaborazione (3) atti a calcolare da almeno un valore di un segnale di misura (S) derivante da una misura istantanea effettuata da almeno un detto strumento di misura o un sensore, almeno un valore di deriva (offset) (Î ́) di detto segnale (S); e secondi mezzi di elaborazione (5) atti a sottrarre detto valore di deriva (offset) (Î ́) da detto valore di detto segnale di misura (S) istantanea per ottenere un valore di misura corretta (S-Î ́) di detto segnale (S). caratterizzato dal fatto che detti strumenti di misura sono atti ad effettuare misure a valore medio nullo o costante, misurando gli errori sistematici e dipendenti dalle condizioni ambientali e dall'invecchiamento dei sensori di misura, detti primi mezzi di elaborazione (3) comprendendo mezzi di calcolo di una media mobile, eventualmente pesata, di detto valore di detto segnale di misura (S) per determinare detto valore di deriva (offset) (Î ́).
  2. 2. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di elaborazione (3) comprendono almeno un filtro passa basso numerico FIR (Finite Impulse Response) o IIR (Infinite Impulse Response) o con equivalente funzione implementata da PLC atto a determinare detto valore di deriva (offset) (Î ́) da detto valore di detto segnale di misura (S).
  3. 3. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di elaborazione (3) comprendono almeno un filtro passa basso analogico o con equivalente funzione implementata da PLC atto a determinare detto valore di deriva (offset) (Î ́) da detto valore di detto segnale di misura (S).
  4. 4. Sistema (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto filtro ha una forte componente passa basso a frequenza di taglio molto più bassa della banda utile di detto segnale (S).
  5. 5. Sistema (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che una frequenza di taglio di detto filtro à ̈ dell'ordine di grandezza di 1/600 Hz con costanti di tempo dell'ordine di 10 minuti .
  6. 6. Procedimento di determinazione di derive (offset) (Î ́) di strumenti di misura atti ad effettuare misure a valore medio nullo o costante mediante un sistema (1) secondo le rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: a) rilevare almeno un valore di un segnale di misura (S) derivante da una misura istantanea effettuata da almeno uno strumento di misura o un sensore, calcolando una media mobile, eventualmente pesata, di detto valore di detto segnale di misura (S), in particolare mediante detti mezzi di calcolo di una media mobile, eventualmente pesata, di detti primi mezzi di elaborazione (3) di detto sistema (1); b) calcolare da detto valore di detto segnale di misura (S) almeno un valore di deriva (offset) (Î ́) di detto segnale (S); e c) sottrarre detto valore di deriva (offset) (Î ́) da detto valore di detto segnale di misura (S) istantanea per ottenere un valore di misura corretta (S-Î ́) di detto segnale (S).
  7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta fase a) Ã ̈ realizzata mediante un filtro passa basso numerico FIR (Finite Impulse Response), IIR (Infinite Impulse Response) o filtro analogico passa basso o con equivalente funzione implementata da PLC di detti primi mezzi di elaborazione (3) di detto sistema (1).
  8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta fase c) Ã ̈ realizzata mediante detti secondi mezzi di elaborazione (5) di detto sistema (1).
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