Ключові слова: сенсор, резервування, дрейф нуля, медіана.
Перспективним напрямом в метрології є забезпечення надійних, точних і неперервних вимірювань з використанням дешевих сенсорів [1]. Надійність і точність окремих сенсорів незадовільна, але за рахунок апаратної надлишковості поставлена мета може бути досягнута [2]. В найбільш розповсюдженій найпростіший реалізації використовуються три ідентичних незалежних сенсори для одного вимірюваного параметра. Виходи сенсорів агрегатуються для підвищення надійності результатів вимірювання. Найпростішими алгоритмами агрегатування є обчислення середнього або обчислення медіани («голосування»).
В роботі досліджується можливість виявлення і зменшення аномального великого дрейфу одного з сенсорів при трикратному резервуванні.
Дослідження виконувалось методом статистичного моделювання. Випадкова похибка вимірювання має нормальний розподіл, що гарантується центральною граничною теоремою. Кореляція між похибками трьох сенсорів відсутня. Шукане точне значення вимірюваної величини прийнято за 100%. Середньоквадратичне відхилення (для прикладу) прийняте 1% для всіх сенсорів. Зміщення математичного очікування (дрейф) вважається константою, яку можна варіювати. Для правильно сконструйованого сенсору жодне джерело похибки не повинно переважати, тому в двох справних (умовно) сенсорах дрейф варіюється в співставних межах +-2%. В умовно несправному сенсорі дрейф варіюється в аномально великому діапазоні +-10%. Результати опитування сенсорів агрегатувалися обчисленням середнього і медіани («голосування»).
Результати дослідження ілюструються рисунками 1 і 2, що відображають зміщення агрегатованого результату вимірювання в залежності від аномально великого дрейфу (Drift1) одного з сенсорів. Дрейф двох умовно справних сенсорів прийнято Drift2 = Drift3 = 0 (рис 1) і Drift2 = 1%, Drift3 = 0 (рис 2). Агрегатування середнім арифметичним відповідає пунктирній лінії, агрегатування медіаною (голосуванням) відповідає суцільній лінії,
Рисунок 1 – Зміщення агрегатованого результату вимірювання в залежності від аномально великого дрейфу нуля (Drift1) одного з сенсорів при відсутності дрейфу інших сенсорів
Рисунок 2 – Зміщення агрегатованого результату вимірювання в залежності від аномально великого дрейфу нуля (Drift1) одного з сенсорів при Drift2 = 1%, . Drift3 = 0%
Середнє і медіана дають практично однакову агрегатовану оцінку результатів вимірювання справними сенсорами, що ілюструється рисунком 3. Коефіцієнт кореляції дорівнює 0.86.
Рисунок 3 – Кореляційна діаграма агрегатованих оцінок за медіаною і середнім
Висновки
1. Середнє і медіана дають практично однакову агрегатовану оцінку результатів вимірювання справними сенсорами, коли дрейф і випадкова похибка співставні.
2. Невеликий дрейф справного сенсору зменшується в три рази за рахунок агрегатування.
3. Аномально великий дрейф несправного сенсору зменшується в три рази за рахунок агрегатування при осередненні і значно ефективніше подавляється процедурою «голосування» (оцінкою за медіаною), аж до рівня випадкової похибки.
4. Невідповідність середнього і медіани може служити ефективною діагностичною ознакою аномально великого дрейфу одного з сенсорів (викликаного несправністю чи зовнішнім несприятливим фактором).
Список використаних джерел
1. Sylvain Poupry, Cédrick Béler, Kamal Medjaher. Towards data reliability based on triple redundancy and online outlier detection. Proceedings of the 7th European Conference of the Prognostics and Health Management Society. France. 2022. - 420 p.
2. Jesús Parrado Granado. Application of voting techniques to redundant temperature measure of aircraft engines. Departamento de Ingeniería electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla. Sevi lla, 2017. – 40 p.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter