Цифровой тензопреобразователь

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность и быстродействия измерений за счет повышения тактовой частоты измерений и расширение диапазона подавляемых помех. Кодирующедекодирующий вычислитель состоит из управляющего вычислителя 6, декодирующего преобразователя 3 и анализатора 5 полярности. Кодирутоще-декодирзтощий вычислитель поочередно выполняет либо формирование компенсирующего напряжения в цепи главной обратной связи для выделения входного раэ баланса автокомпенсатора (предварительного усилителя 2), либо кодирование выделенного сигнала разбаланса с использованием местной обратной связи, либо вычислительно-логические операции, обеспечивающие работу тензопреобразователя по заданному алгоритму . 2 ил. Q S (П

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) с(G 01 С 3/142

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1, „! gt(ю(г

\

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3965142/24-10 (22) 09. 10. 85 (46) 15. 04. 87. Бюл. № 14 (71) Одесский политехнический институт (72) M.Â. Скалевой (53) 621.317.39:531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1015258, кл. G Oi G 3/ 142, 1 982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1185067, кл. С 01 G 3/142, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность и быстродействия измерений за счет повышения тактовой частоты измерений и расширение диапазона подавляемых помех. Кодирующедекодирующий вычислитель состоит из управляющего вычислителя 6, декодирующего преобразователя 3 и анализатора 5 полярности. Кодирующе-декодирующий вычислитель поочередно выполняет либо формирование компенсирующего напряжения в цепи главной обратной связи для выделения входного раэбаланса автокомпенсатора (предварительного усилителя 2), либо кодирование выделенного сигнала разбаланса с использованием местной обратной связи, либо вычислительно-логические операции, обеспечивающие работу тензопреобразователя по заданному алгоритму.2 ил.

1 13038

Изобретение относится к весоиэмерительной технике и может быть использовано для тенэометрирования динамических процессов в цифровых весах и доэаторах. 5

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений за счет повышения тактовой частоты измерений и расширение диапазона подавляемых помех. 10

На фиг.1 приведена схема тензопреобраэователя, на фиг.2 — временные диаграммы работы тензопреобразователя.

Выходной сигнал тенэодатчиков 1

I U„ непрерывно измеряется автокомпенсатором следящего действия, который объединяет все остальные элементы преобразователя. Предварительный усилитель 2 усиливает разбаланс между измеряемым U и компенсирующим U напряжениями. Последнее из них пропорционально коду N на входе декодирующего преобразователя 3, имеет полярность, противоположную питающему напряжению .Uù (П к 1цоо ) и при максимальном значении входного кода равно по величине этому напряжению:

UK -Uon ïÐè N = N QKc . Низкочастотный фильтр с обнулением и фиксацией 4 обеспечивает подавление высокочастотных помех в выходном сигнале предварительного усилителя 2, а также запоминание отфильтрованного сигнала на концах полупериодов питания тензо35 датчиков 1. В зависимости от комбинаций логических уровней синхросигналов Ф1, Ф2 (рис.2Е) этот элемент выполняет одну из трех операций: автоматическое задание нулевых начальных условий фильтрации (сброс),фильт рацию входного сигнала или запоминание (фиксацию) уровня своего выходного сигнала. Такой фильтр может быть реализован, например,на базе одного или нескольких интеграторов со сбросом и запоминанием, включенных по схеме, моделирующей дифференциальное уравнение выбранного фильтра, Анализатор 5 определяет полярность суммы выходного сигнала фильтра 4 Пс„, выходного U и входного U „ напряжений декодирующего преобразователя З,взятых с коэффициентами соответственно

K, К и К/2. При положительной полярности указанной суммы напряжений выходной сигнал анализатора U имеО ет уровень логической "1", а при отрицательной — .уровень логического

36 2

0, что в соответствии с выражениями, определяющими выходной сигнал декодирующего преобразователя З,можно выразить следующим образом:

КР Пало + K Поп (1 1макс 2

N)> 0

Р 1о оп (макс — N) О, Анализатор такого вида может быть выполнен из последовательно включенных суммирующего усилителя и схемы сравнения, на один из входов которой задан нулевой потенциал. Управляющий вычислитель Ь выполняет вычислительно-логические операции, обеспечивающие измерение сигнала U„ методом следящего уравновешивания с поразрядным кодированием сигнала раэбаланса, цифровую фильтрацию с вычислением заданной в его программе весовой функции„ выдачу результата измерения на выходную шину, а также синхронизацию режимов работы низкочастотного фильтра 4 и формирователя прямоугольных напряжений 7, вырабатывающего знакопеременные напряжения питания тензодатчиков 1 и декодирующего преобразователя 3 Б и .

Тензопреобраэователь работает следующим образом.

В середине каждого полупериода сигнала тензодатчика 1 (фиг.2q),êîãда импульсные помехи, возникающие на его фронтах, затухают практически полностью, синхросигналы Ф1 и Ф2 изменяют свое состояние, так, что фильтр 4 переходит из режима установки нулевых начальных условий в режим фильтрации сигнала раэбаланса между измеряемым U, и компенсирующим U напряжениями. Фильтрация обеспечивает подавление высокочастотных помех в выходном сигнале предварительного усилителя 2, протекает в течение фиксированного интервала времени и завершается запоминанием (фиксацией) уровня отфильтрованного сигнала U+ при появлении на конце полупериода соответствуюшей комбинации синхросигналов Ф1 и Ф2. Предварительное задание нулевых начальных условий фильтрации обеспечивает инвариантность запоминаемого сигнала U по отношению к era значениям на предыдущих полупериодах.Это позволяет испольэо1303836

25

30 вать высокоэффективные низкочастотные фильтры, характеризующиеся значительной инерционностью, не увеличивая динамическую погрешность преобразователя в целом.

В начале следующего полупериода питания тензодатчиков 1 запомненный сигнал разбаланса преобразуется в знакочувствительный код. Преобразование основано на программной реализации известного метода поразрядного уравновешивания и выполняется тремяэлементами: вычислителем 6, управляю щим и синхронизирующем ход всей операции, декодирующим преобразователем

3, формирующем уравновешивающее напряжение в цепи местной обратной связи автокомпенсатора (выход преобразователя 3 — вход анализатора 5), и анализатором 5 полярности, входной сигнал которого определяет факт пере- или недокомпенсации кодируемого сигнала уравновешивающим. Сначала управляющий вычислитель 6 устанавливает на входе старшего разряда декодирующего преобразователя 3 сигнал логической "1", а на входах всех младших

его разрядов — уровни логического

"0". Если при этом произошла перекомпенсация, то на проверяемом входе (старший разряд) устанавливается нулевой уровень, в противном случае сигнал на этом входе не изменяется.

Аналогичным образом, в порядке убывания весового коэффициента, вычислитель 6 определяет значение остальных разрядов кода разбаланса.

Напряжение разбаланса U и комРО пенсирующее напряжение U„íà каждом .полупериоде меняют свою полярность, следовательно, сигналами пере- и недокомпенсации для вычислителя 6 является наличие на выходе анализатора 5 уровней .соответственно "1" и "0" при

45 положительной полярности и наличие инверсных сигналов (т.е. соответственно "0" и "1") при отрицательной полярности выходного сигнала преобразователя 3. Это учитывается путем использования в программном обеспечении вычислителя 6 соответствующих логических команд (исключающее ИЛИ) или отдельных программ кодирования для четных и нечетных полупериодов питания тензодатчика i. При кодированпи сигнала разбаланса У фактически уравновешивается компенсирующим напряжением, смещенным на половину диапазона его изменения, что видно из схемы и следует из выражения,описы— вающего зависимость выходного сигнала анализатора 5 входных сигналов.

Такое смещение обеспечивает возможность кодирования противофазных сигналов (т.е. как сигналов перекомпенсации, так и сигналов недокомпенсации на входе автокомпенсатора), имеющих значения от -Бо /2 до +Поп /2.

Полученный в результате преобразования код, также как и уравновешивающее напряжение, оказывается смещенным наполовинч его максимального значения, т.е, íà N „ /2. Истинное значение числового эквивалента входного разбаланса получается в вычислителе

6 путем вычитания из результата кодирования числа И /2. При этом числовой эквивалент сигнала недокомпенсации на входе автокомпенсатора имеет положительное значение. Эквивалент сигнала перекомпенсации — отрицательный, а при полном балансе напряжений на входе автокомпенсатора оказывается нулевым. Полученное таким образом численное значение разбаланса суммируется с кодом, который был на входе декодирующего преобразователч 3 в момент фиксации напряжения раэбаланса.

Затем управляющий вычислитель 6 устанавливает результат вычислений на вход преобразователя 3, что вызывает изменение величины компенсирующего напряжения U„, и при соответствующей настройке усиления сигнала разбаланса приводит к полному балансу напряжений на входе автокомпенсатора (на входе предварительного усилителя 2).

Аналоговая фильтрация сигнала раз. баланса обеспечивает инвариантность преобразователя к воздействию высоко- . частотного шума, однако низкочастотные помехи, полярность которых не ус- певает измениться за полупериод сигнала тензодатчика, обуславливают наличие знакопеременных составляющих во входном коде декодирующего преобразователя 3. Подавление этих помех осуществляется при формировании окончательного результата измерения путем наложения на коды декодпрующего преобразователя весовой функции, заданной в программе вычйслителя б. Так,например, постоянное смещение нуля предварительного усилителя 2 из-за модуляции переменным напряжением питания декодирующего преобразователя 3

1 303Ь 16

Формула изобретения

Составитель N. Хаустов

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Редактор Э. Слиган

Заказ 1296/40

Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, ц. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4 в процессе следящего уравпопепп ва— ния вызывает появление на входе последнего соответствующей дезинформативной составляющей сигнала: следующих друг за другом одинаковых по величине, но противоположных по знаку числовых отсчетов. Для полного подавления таких помех достаточно исполь— зовать обычное усреднение двух следующих друг за другом числовых отсчетов.Более эффективное подавление низкочастотных помех может быть полччено при программировании управляющего вычислителя 6 для реализации более сложных весовых функций, например, основанных на усреднении. числовых отсчетов, взятых с весовыми коэффициентами 1,2,1 или 1,3,3,1.

Вычисление нового результата измерения выполняется на каждом полупериоде во время фильтрации сигнала разбаланса, а выдача полученного значения осуществляется в промежутке между окончанием фильтрации и началом кодирования этого сигнала и сопровождается синхросигналом ФЗ (фиг.25).

При равных значениях частоты питания тензодатчиков и аналогичных весовых функциях, т.е. при одинаковом подавлении низкочастотных помех,тактовая частота измерений устройства в столько раз выше, чем у прототипа, каков порядок весовой функции. Кроме того, аналоговая фильтрация сигнала разбаланса обеспечивает дополнительное подавление высокочастотных помех вообще и помех, частота которых кратна удвоенному значению частоты питания тензопатчиков в частности.

Цифровой тензопреобразователь, со де ржащии те и з одатчики, вход которых подключен к первому выходу формирователя прямоугольных напряжений, а выход — к первому входу предварительного усилителя, а т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быt0 стродействия и точности измерений,в него введены низкочастотный фильтр с обнулением и фиксацией и кодирующедекодирующий вычислитель, состоящий из управляющего вычислителя, декодирующего преобразователя и анализатора полярности, причем вход низкочас-. тотного фильтра с обнулением и фиксацией соединен с выходом предварительного усилителя, выход — с первым вхо20 дом анализатора полярности, а два вхо да синхронизации этого фильтра подключены, соответственно, к первому и второму выходам управляющего вычислителя, вход которого соединен с выходом анализатора полярности, третий выход управляющего вычислителя подклю. чен к входу формирователя прямоугольных напряжений, второй выход которого соединен с вторым входом анализатора полярности и с аналоговым входом декодирующего преобразовател1, подключенного выходом к третьему входу анализатора полярности и второму входу предварительного усилителя, 35.остальные выходы управляющего вычислителя поразрядно соединены с цифровыми входами декодирующего преобразователя и образуют выходную шину тензопреобразователя.