Способ итерационной коррекции аналого-цифрового преобразования

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов, работающих в условиях промышленных помех. Целью изобретения является повышение точности коррекции аналого-цифровых преобразований. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производят формирование кода, пропорционального сумме входного аналогового сигнала и помехи, затем формирование вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального полученному коду, после чего к нему прибавляют помеху и далее производят второе формирование кода, который содержит почти удвоенную погрешность по сравнению с погрешностью первого формирования кода, и на основе двух кодов вычисляют скорректированную оценку значения преобразуемой аналоговой величины. Предлагаемый способ в отличие от способов, использующих фильтрацию или осреднение помех, для повышения точности аналого-цифрового преобразователя в условиях интенсивных внешних помех не требует знания статистических характеристик этих помех, т.е. предлагаемый способ инвариантен к низкочастотной внешней помехе. 2 ил. СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 03 М 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784029/24 (22) 19,12.89 (46) 07.05.92. Бюл. № 17 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов (72) А.С,Иванов и В,Г.Смирнов (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 984030, кл. Н 03 М 1/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 766001, кл. Н 03 М 1/06, 1978. (54) СПОСОБ ИТЕРАЦИОННОЙ КОРРЕКЦИИ АНАЛОГО-ЦИФPOBOГО ПPЕОБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов, работающих в условиях промышленных помех. Целью изобретения является повышение точности коррекции аналого-цифровых преобразований. ПоИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для применения в прецизионных цифровых информационноизмерительных системах.и измерительновычислительных комплексах.

Известен способ коррекции погрешностей результата аналого-цифрового преобразования, включающий аналого-цифровое (прямое) преобразование исходного аналогового сигнала, цифроаналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал подвергают прямому преобразоваставленная цель .достигается тем, что согласно способу производят формирование кода, пропорционального сумме входного аналогового сигнала и помехи, затем формирование вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального полученному коду, после чего к нему прибавляют помеху и далее производят второе формирование кода, который содержит почти удвоенную погрешность по сравнению с погрешностью первого формирования кода, и на основе двух кодов вычисляют скорректированную. оценку значения преобразуемой аналоговой величины. Предлагаемый способ в отличие от способов, использующих фильтрацию или осреднение помех, для повышения точности аналого-цифрового преобразователя в условиях интенсивных внешних помех не требует знания статистических характеристик этих помех, т.е. предлагаемый способ инвариантен к низкочастотной внешней помехе. 2 ил. нию, осуществляют также обратное преобразование сигнала, увеличенного на величину образцового сигнала результата прямого преобразователя исходного сигнала, полученный сигнал также подвергают прямому преобразованию и вычисляют скорректированный результат преобразования исходного сигнала.

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная низкочастотной помехой, наводящейся в линии связи, соединяющей датчик и АЦП. Учитывая, что вклад низкочастотных помех и погрешность результата аналого-цифрового преоб1732468

У1 = (Уо (Уо)) + Уо

Yo — У1

У2 = Y1 — М (f(Y1) — Yo) разования является, как правило, наиболее значимым (в ряде случаев помеха создает до

80 ф, полной погрешности), отмеченный недостаток существенно снижает эффективность применения данного способа в измерительных системах и ИВК, работающих в промышленных условиях. Кроме того, недостатком способа является малое исключение влияния на точность преобразования нелинейной составляющей погрешности, обусловленное смещением повторных преобразователей на величину образцового сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ коррекции погрешностей результатов аналого-цифровых преобразователей, реализованный в устройстве, включающий аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала, цифроаналоговое преобразование этого результата, далее аналого-цифровое преобразование последней величины и вычисление первого приближения по формуле где Yo — результат аналого-цифрового пре; образования исходного аналогового сигнала;

f(Yo) — аналого-цифровое преобразование результата цифроаналогового преобразования Уо.

Затем проводят цифроаналоговое преобразование результата, вычисленного по предыдущей формуле, далее его аналогоцифровое преобразование и вычисление отношения где f(Y1) — аналого-цифровое преобразовВние результата цифроаналогового преобразования величины У1, и, наконец, повторное аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала и вычисление второго приближения скорректированного результата и т.д. до получения п-го приближения Уп.

Основным недостатком известного способа является его низкая точность, обусловленная низкочастотной помехой, наводящейся в линии связи, соединяющей датчик и АЦП. Кроме того, как легко видеть из анализа точности скорректированного

55 резул ьтата аналого-цифрового и реоб разования, нахождение второго и последующих приближений (Уг, Уз...Y>) для всех реально используемых АЦП не приводит к увеличению точности, а, наоборот, хотя и не очень значительно, но уменьшает ее даже без учета погрешностей вычисления. Отмеченные недостатки существенно ограничивают применение этого способа в измерительной практике.

Цель изобретения — повышение точности коррекции после формирования вспомогательного аналогового сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе коррекции результатов аналогоцифрового преобразования, включающем в себя формирование кода, пропорционального сумме входного аналогового сигнала с помехой, запоминание полученного кода, формирование вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального запомненному коду, формирование кода, пропорционального вспомогательного аналоговому сигналу, и вычисление скорректированного результата по формуле

X = (Y1 — Уг) + Y1 = 2Y1 — Уг,. где Y1 — код, пропорциональный сумме входного аналогового сигнала и помехи;

У2 код, пропорциональный вспомогательному аналоговому сигналу, дополнительно после формирования вспомогательного аналогового сигнала его суммируют с помехой.

Сущность заявляемого способа коррекции результата аналогоцифровых преобразователей состоит в том, что наряду с величиной У1, равной сумме истинного значения преобразуемой величины Х и полной абсолютной погрешности результата преобразования Л, обусловленной нелинейностью, действием помех, нестабильностью градуировочной характеристики и т,д., удается получить величину Yz, приблизительно равную X + 2 Л, откуда легко определить величину Х = 2Y1 — Уг. Таким образом, существо способа коррекции результата аналого-цифрового преобразования состоит в том, что удается получить величину Yz, содержащую в своем составе почти точно удвоенную погрешность Л, что достигается за счет того, что кодирование величины У1 производится тем же измерительным каналом, почти в тех же условиях и в тоже время, что и преобразование исходной аналоговой величины Х, Очевидно, что чем больше быстродействие используемых АЦП и управляемого источника аналогового сигнала, тем

1732468

15

25

35

45

55 более широкий частотный диапазон помех не будет влиять на погрешность результата аналого-цифрового преобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ. коррекции результата аналого-цифрового преобразования; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления. .Устройство, реализующее способ содержит источник 1 преобразуемых аналоговых сигналов, представляющий собой комплекс датчиков, выходы которых подключены к соответствующим измерительным каналам выносного коммутатора 2, последовательно соединенного с нормирующим преобразователем (НП) 3 и аналогоциф ро в ы м и рео 6 разо вател ем (А ЦП) 4, управляющий вход которого через элемент (линию) 5 задержки (ЛЗ) соединен с управляющим выходом выносного коммутатора 2, первый выход блока 6 управления соединен с первым управляющим входом выносного коммутатора 2, второй выход блока 6 управления — с вторым управляющим входом выносного коммутатора 2, третий выход блока

6 управления — c первым входом вычислительного устройства (ВЦ) 7, второй вход ВЦ

7 — с измерительным выходом АЦПЧ, первый.выход ВЦ 7 — с входом блока 8 индикации, а .второй выход ВЦ 7 — с входом управляемого источника 9 аналогового сигнала (УИАС) 9, выход которого соединен с одним из измерительных входов выносного коммутатора 2, причем УИАС 9 и выносной коммутатор 2 располагаются в непосредственной близости от источника 1 преобразуемых аналоговых сигналов, а линия связи, соединяющая УИАС 9 и выносной коммутатор 2, располагается в том же кабеле, что и линия связи, соединяющая источник 1 преобразуемых аналоговых сигналов и коммутатор 2.

Функциональная схема блока управления, представленная на фиг. 2, содержит программируемый таймер 10, первый выход которого соединен с входом счетчика 11, а через ЛЗ 12 с первым входом запоминающего устройства 13, второй выход таймера

10 с входом регистра 14 и с вторым выходом блока 6 управления, выход счетчика 11 — с вторым входом запоминающего устройства

13, первый выход блока 6 управления — с выходом запоминающего устройства 13 и с выходом регистра 14, второй выход блока 6 управления через Л315 соединен с первым входом ЗУ 13, а первый выход таймера 10 через ЛЗ 16 — с третьим выходом блока управления.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом, Перед началом функционирования устройства, изображенного на фиг. 1, в запоминающее устройство 13 блока 6 управления записывается упорядоченный список номеров каналов выносного коммутатора 2, подлежащих включению, а в счетчик 11 записывается число, равное количеству номеров каналов, включенных в список (длина списка). Номер канала, к второму подключен управляемый источник аналоговых сигналов, записывается в регистр 14.

Кроме того, в программируемый таймер

10 вводится величина. A t, определяющая временную дискретность подключения датчиков, и Ь|пр. — время одного цикла преобразования измерительного, канала.

На первом выходе таймера 10 формируется последовательность импульсов с интервалом следования At; На втором выходе таймера 10 формируется. последовательность импульсов с интервалом следования

At, но сдвинутая во временв относительно первой последовательности на интервал времени Atop, После того, как блок 6 управления передаст со своего первого выхода в выносной коммутатор очередной номер канала, в котором должно быть произведено аналогоцифровое преобразование, а, на втором выходе сформирует команду "Пуск коммутатора", который в свою очередь после завершения процедуры подключения. канала сформирует и передаст через:ПЭ 5 команду

"Пуск АЦП"; в выходном регистре.АЦПЧ после завершения процедуры формирования кода будет зафиксирован код Y<..После, получения команды .от блока" 6 .управления

"Пуск BY" и сигнала готовности АЦПЧ вычислительное устройство 7 перезаписывает в свой внутренний регистр содержимое выходного регистра АЦПЧ (Y<) и передаст его во входной регистр управляемого источника

9 аналогового сигнала, работающего в следящем режиме, что обеспечит формирование вспомогательного сигнала, пропорционального коду У1.

Вследствие того, что линия связи, соединяющая ИУАС 9 с выносным коммутатором 2, проложена в том же кабеле, что и линия связи, соединяющая ИПАС 1 с коммутатором 2, и сам выносной коммутатор 2 расположен в непосредственной. близости от ИПАС 1, на сигнал цифроаналогового преобразования будет воздействовать та же помеха, что и на исходный аналоговый сигнал Х, что обеспечитудвоение погрешности второго сформированного кода.

Затем аналогично первому формированию кода осуществляется процедура второ1732468 го формирования кода, в процессе выполнения которой выносной коммутатор 2 подключает ко входу АЦПЧ выход ИУАС 9.

Процедура второго формирования кода завершается записью во внутренний регистр

ВУ 7 кода Уг. Далее вычислительное устройство 7 производит вычисление по формуле

Х 2У1 — Уг и передает результат вычислений в блок 8 индикации.

Аналогичным образом производится получение корректированных результатов аналого-цифровых преобразований по всем каналам коммутатора 2, предварительно записанным в ЗУ 13.

В заключении представляется целесообразным привести рекомендации по выбору конкретных вариантов технической реализации.

Блоки: 1 — источник преобразуемый аналоговых каналов; 2 — коммутатор; 3- нормирующий преобразователь; 4 — АЦП; 9— управляемый источник аналогового сигнала— серийно выпускаемые средства измерения, соответственно П320, Ф7678. Ф8025, Ф4881. Ф4810.

Блоки 5, 12, 15, 16 — элементы (линии) задержки; 11 — счетчик; 13- запоминающее устройство; 14- регистр: 10- программиру- емый таймер- общеизвестны и могут быть построены, например, на базе интегральных микросхем.

Блок 8 индикации может быть построен, например, на базе полупроводниковых индикаторов на светоизлучающих диодах. Алфавитно-цифровой индикатор блока может быть выполнен на сегментном индикаторе.

Таким образом, заявляемый способ позволяетуменьшить влияние низкочастотной

5 помехи, наводящейся в линии связи: датчик—

АЦП, а следовательно, позволяет уменьшить погрешность результатов аналого-цифровых преобразований в условиях реальной эксплуатации и действия промышленных по10 мех, что, в свою очередь, приведет к повышению эффективности испытаний и исследований, приводящихся с помощью этих средств измерений.

15 Формула изобретения

Способ итерационной коррекции аналого-цифрового преобразования, заключающийся в формировании кода, 20 пропорционального сумме входного аналогового сигнала с помехой, запоминании полученного кода, формировании вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального запомненному коду, 25 формировании кода, пропорционального вспомогательному аналоговому сигналу, и вычислении скорректированного результата по формуле

Х =2Y1 У2, 30 где Y> — код, пропорциональный сумме входного аналогового сигнала и помехи;

Y2 — код, пропорциональный вспомогательному аналоговому сигналу, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью

35 повышения точности коррекции после формирования вспомогательного аналогового сигнала, его суммируют с помехой.

9!

10/

1732468

35

45

Редактор В.Данко

Заказ 1590 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 пум onevro ror

Составитель А.Иванов

Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая