Цифровой тензопреобразователь

 

ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор следящего действия с декодирующим преобразователем и предварительным усилителем, к входам которого подключены выходы тензодатчиков и декодирующего преобразователя, и iенератор питания, подключенный к входам питания тензодатчиков и декодирующего преобразователя , отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет расширения диапазона подавляемых помех, в него введен аналогоцифровой детектор, выполненный в виде кодирующего устройства и программируемого процессора, причем выход предварительного усилителя подключен к информационному входу кодирующего устройства, выходы которого соединены с входами программируемого процессора, выходами подключенного к входам декодирующего преобразова (Л теля, а входы синхронизации кодирующего устройства и программируемого процессора подключены к выходам генератора питания.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3733697/24-10 (22) 21.04.84 (46) 15.10.85. Бюл. М 38 (72) M.Â.Ñêàëåâîé (71) Одесскич ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 531.781.2:539.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 785655, кл. G 01 G 19/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1015258, кл. G 01 G 3/142, 1982. (54) (57) ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор следящего действия с декодирующим преобразовате.— лем и предварительным усилителем, к входам которого подключены выходы тензодатчиков и декодирующего преобразователя, и генератор питания, подключенный к входам питания тензодатчиков и декодирующего преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет расширения диапазона подавляемых помех, в него введен аналогоцифровой детектор, выполненный в виде. кодирующего устройства и программируемого процессора, причем выход предварительного усилителя подключен к информационному входу кодирующего устройства, выходы которого соединены с входами программируемого процессора, выходами подключенного к входам декодирующего преобразователя, а входы синхронизации кодирующего устройства и программируемого процессора подключены к выходам генератора питания.

Изобретние. относится к измеритель- ной технике, в частности к электрическим тензометрам, и может быть использовано, например, в устройствах для измерения веса. S

Цель изобретения — повышение точности эа .счет расширения диапазона подавляемых помех.

На фиг. 1 показана функциональная блок-схема предлагаемого цифро- 10 .вого тензопреобраэователя; на фиг,24 графики, поясняющие работу преобразователя.

Тензопреобраэователь содержит тензодатчики 1, декодирующий преобразователь 2, предварительный усилитель 3, кодирующее устройство 4, процессор 5, генератор 6 питания. Ко" дирующее устройство 4 и программируемый процессор 5 совместно образу- 0 ют аналого-цифровой детектор 7. Яекодирующий преобразователь 2, предва>рительный усилитель 3 и аналого-цифровой детектор 7 образуют следящий автокомпенсатор. 25

Цифровой тензопреобразователь работает следующим образом.

Генератор 6 вырабатывает переменные. напряжения, например, прямоугольной формы для питания тенэодатчиков

1 и декодирующе.го преобразователя

2, а также синхронизирует работу кодирующего устройства 4 и программируемого процессора 5. Выходноч сигнал предварительного усилителя 3 содер- 35 жит полезную составляющую сигнала разбаланса между измеряемым и ROM пенсирующим напряжениями (фиг. 2), а также аддитивные помехи, обусловленные дрейфом нуля этого усилителя, <0 наводками от промышленной сети электропитания и т.п. Ослабление. влияния этих помех на результат измерения осуществляется при детектировании выходного сигнала усилителя 3. Отличительной особенностью устройства является детектирование. этого сигнала в цифровой Аорме> выполняемое аналого-цифровым детектором по приведенному ниже алгоритму, На каждом i-ном полупериоде (i = О, 1, 2,...k) текущего такта измерения кодирующее устройство 4 вырабатывает некоторые чисаа N)i f соответствующие выходному .сигналу усилителя 3 и равйые сумме числовых эквивалентов полезного сигнала разбаланса N (i) и сигнала поме0 хи Ngi) где. д" N оператор вычисления разности k-ro порядка чисел Nji) вырабатываемых кодирующим устройством 4 в течение цикла измерения; номер полупериода полезного сигнала в текущем цикле измерения, О, 1, 2,...k;

С = т ---.-- — заданные. в npoi! (k — i)! грамме процессора 5 биноминальные коэффициенты1с1 = 1 х 2х х 3 х ... х k; (.-1)1 — множитель, обеспечивающий суммирование перВого иэ чисел

N(i) (N Щ) при вычислении раз ности k-ro порядка (введен для общности записи операторной формы выражения

В дальнейшем вычисления по приведенной формуле именуются детектированием k-ro порядка.

367 г

Nfi3 = N (i3+ N„fig.

С выхода устройства 4 полученные числа N 1 3 поступают в процессор 5, где формируется очередной результат преобразования.

Следящий режим и необходимая степень помехозащищенности измерений обеспечивается тем, что в процессоре

5 к результату предыдущего преобразования добавляется величина дК, которая равна разности k-ro порядка д1 N чисел N(i ), поступивших на текущем такте измерения в процессор 5, деленной на 2" и взятой со знаком, обеспечивающим суммирование первого из чисел N)i). При этом по мере поступления данных от устройства 4

t процессор 5 производит вычисленйя величины дК по выражаению

1185О67

Если помехи в выходном сигнале. усилителя 3, а следовательно и в выходном коде устройства 4, отсутствуют (N„(i) = О), то этот сигнал имеет вид, приведенный на фиг, 2. Процессор 5 вырабатывает величину ЬК, соответствующую значению сигнала разбаланса, выраженному в единицах выходного кода NP (N < ) О) при недокомпенсации на входе автокомпенсато- 10 ра и N (Π— при перекомпенсации).

Равенство величины ьК значению входного разбаланса N . вытекает из известных математических тождеств ф 15 (1)1(-1) = 1 .,Г С = 21 =о и реализуется при подстановке значейий полезного сигнала разбаланса

N Pi j = (-1) N

Р

20 в формулу для вычисления величины

kR в качестве значений кодов Nfi), поступающих в процессор 5 от устройства 4

После добавления полученного значения

ЬК к езультату предыдущего преобраP30 зования и после выдачи процессором 5 полученного кода на вход декадирующего преобразователя 3 компенсирующее напряжения изменяется на соответствующук) величину, а разбаланс на выходе. усилителя 2 компенсируется полностью. При этом выходной код процессора 5 соответствует величине сигнала тензодатчиков 1.

В. реальных условиях выходной сигнал усилителя 3, а значит и выходной 40 код устройства 4 практически всегда содержит помехи N (i j Ф О. Следовательно, в значение величины йК входит не только составляющая полезного сигнала Н, но и составляющая по- 5 мехи. Это вызывает некоторую погрешность измерений, хотя влияние определенных видов помех может быть полностью исключено выбором соответствующего порядка детектирования k. Детек- M тирование более высокого порядка позволяет полностью подавлять как помехи более. сложной формы, так и помехи, подавляемые детектированием любого низшего порядка. Так, например, для 55 полного. подавления помех типа постоянное смещение", математически описываемых многочленсм нулевой степени

N Ei 3 = N, достаточно первого порядка детектирования. Алгоритм такого детектирования иллюстрируется фиг. 3 и заключается в вычислении ве.— личины R как половины разности чисел, полученных устройством 4 на первом МГс.) и втором N 1J полупериодах. Изменяющиеся, например, по линейному закону помехи при дете ) ровании первого порядка вносят погрешнОсть преобразования, пропорциональную скорости измерения сигнала помехи,Для подавления этого вида помех, которые на отрезке времени вычисления величины а R описываются многочленом первой сте-. пени,т.е. суммой постоянного смещения

N o и линейно изменяющейся помехи N„ i, необходимо уже применить детектирование второго порядка. Алгоритм такого детектирования иллюстрируется фиг. 4 и заключается в вычислении а К как четверти разности между суммой чисел, по лученных устройством 4 на первом NC03 и третьем Щ2 полупериодах и удвоенным значением, полученным на втором полупериоде N(1j. В общем случае полное подавление помех, которые. за вре.— мя вычисления величины ЬК могут быть описаны многочленом степени К, т.е. суммоч постоянного смещения N< линейной изменяющейся помехи N >+„" ., параболической помехи N - 12 и т.д., дости" гается детектированием (К + 1)-го порядка. Это объясняется тем, что.разность (К + 1)-го порядка, вычисленная от многочлена степени меньшей чем (К +

+ 1), равна нулю. Поскольку на ограниченном отрезке времени гармонический сигнал аппрокси,ируется с большей гочностью многачленом высшего порядка (в пределе бесконечным степенным рядом, например, рядом Тейло" ра), то подавление гармонических помех растет с увеличением порядка детектирования.

Анализ показывает, что амплитудно-частотная характеристика детектора

K-го порядка A <(cu) описывается выражением

А (м) = sin †--! где — длительность полунериода полезного сигнала;

Ы вЂ” частота гармонических помех (рад/с).

Так, напрычер, при частоте полезного сигнала 1 кГц (at = 5 -1G с) се-( тевые. помехи (ы 314 рад/с) подавляются детектированием первого порядка

1185067 (-1) Л/р

° ° ° °

° ° ° Э э °

С вЂ” — м

° ° ° ° Э

° ° ° ° Ф ° °

Фиг. 2

° ° ° °

ФЯ вЂ” — Фс

ФАР

+nl 1

Фиа 4

Составитель В.Ширшов

Техред М. Надь

Корректор С.Черни

Редактор С..Писина

Заказ 6347/3? Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113П35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 в 12,75 раз, второго порядка — в

162,6 раза, и третьего — в 2973 раза

В зависимости от требуемого подавления помех и их частотного диапазона. задаются соответствующим порядком детекрирования и программируют процессор 5 для вычислений величины по приведенной Формуле. При этом порядок детектирования выбирают минимально допустимым, что при заданном подавлении помех обеспечивает наиболее высокую тактовую частоту измерений и наименьший объем вычислений, выполняемых процессорм 5.

A n ã J= Nno

N f>2 = Np + Nno

Г4 у = -Np iVnp

yg j fags-ИИ)-Ир

Nn(i3 =Кето +Ит 4 у ру = hp h

Л/117 = Nф+ Nno +Л/nf

Л д = Ур Л па с /Лбп

ВЯ (й о)-УИГ 1 l1)kp