Тензометрическое устройство

 

Изобретение относится к измерйтёльной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий. Целью изобретения является повышение точности за счет сглаживания шумов в информационном тракте. Адаптивный фильтр 4, включенный в схему вторичного электронного измерительного преобразователя, позволяет сглаживать измерительные помехи без использования информации о дисперсии входного шума. Сглаживание обеспечивается посредством использования измерений с различным весом при формировании оценки полезного сигнала. Измерительный сигнал с выхода тензомоста 1 усиливается и поступает в АЦП 3. Дальнейшая обработка сигнала производится в адаптивном фильтре 4. Первый этап обработки сигнала заклю- .чается в формировании коэффициента усиления фильтра 4. На втором этапе происходит отбор измерительного сигнала, удовлетворяющего заданным точностным характеристикам, который затем используется для формирования оценки информационного сигнала с полученным коэффициентом усиления. Далее информационный сигнал фиксируется в регистраторе 25. 1 йл. чэ I S ел С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 6 01 В 7/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ flATEHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (213 4952639/28 (22) 28.06.91 (46) 23.02,93. Бюл, М 7 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) К,А,Йеусыпин, И,Н.Борисов, Ю.В.Строкова и T.Â.Åâñååâà (56) Авторское свидетельство СССР

М 1408203, кл. 6 01 В 7/16, 1986, Авторское свидетельство СССР

М 1466676, кл, 6 01 В 7/16, 1987. (64) ТЕНЗОМЕтРИЧЕСКОЕ УстРОЙСтВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий. Целью изобретения является повышенйе точности за счет сглаживания шумов в информационном тракте. Адаптивный фильтр 4, включенный в схему вторичного электронного,, ЯЦ„, 1796890 А1

2 измерительного преобразователя, позволяет сглаживать измерительные помехи без использования информации о дисперсии входного шума. Сглаживание обеспечивается посредством использования измерений с различным весом при формировании оценки полезного сигнала. Измерительный сигнал с выхода тензомоста 1 усиливается и поступает в АЦП 3, Дальнейшая обработка сигнала производится в адаптивном фильтре 4, Первый этап обработки сигнала заключается в формировании коэффициента усиления фильтра 4. На втором этапе происходит отбор измерительного сигнала, удовлетворяющего заданным точностным характеристикам, который затем используется для формирования оценки информационного, сигнала с полученным коэффициентом усиления. Далее информационный сигнал фиксируется в регистраторе 25. 1 йл.

1796890

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий;

Известно тензометрическое устройство, содержащее тензомост, источник питания, соединенный с ходом тензомоста. последовательно соединенные первый ключ и первый интегратор, второй ключ и второй интегратор, аналого-цифровой преобразователь(АЦП) и блок управления, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей, второй. выход соединен с вторыми входами первого и второго интеграторов, третий выход соединен с первым входом АЦП, а четвертый вйход соединен с входом источника питания, вход первого ключа соединен с выходом тензомоста, вход второго ключа соединен с входом тензомоста, четыре блока выборки-хранения, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, входы первого и второго блоков выборки-хранения соединены, соответственно, с первым и вторым входами третьего ключа, вход которого соединен с выходом первого интегратора, выходы первого и второго блоков выборки-хранения, соответственно, соедйнены с первым и вторым входами. четвертого ключа, выход которого соединен с вторым входом АЦП, входы третьего и четвертого блоков выборки-хранения соединены, соответственно; с .первым и вторым входами пятого ключа, выход которого соединен с выходом второго интегратора, выходы третьего и четвертого блоков выборки-хранения, соответственно, соединены с первым и вторым входами шестого ключа, выход которого соединен с третьим входом АЦП, а пятый выход блока управления соединен с вторыми входами третьего и пятого ключей и с третьими входами четвертого и шестого ключей, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор, В данном устройстве на погрешность измерения оказывает существенное алияwe нестабильность коэффициента передачи тензомоста, которая, например, при использовании интегральных полупровод. никовых тензопреобразователей, соединенных по схеме моста, может составлять от

Гдо Ц на каждые 10 С, а также нестабиль,ность коэффициента передачи усилителя.

Целью изобретения является повышение точности за счет сглаживания шумов в информационном тракте.

Поставленная цель достигается тем, что тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор, снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, выполненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первого квадратора, первой линии задерж10 ки, первого блока умножения, второго сумматора, блока деления, второй линии задержки второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, последовательно соеди15 ненных третьей линией задержки, второго блока умножения и третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенных одновибратора. четвертого

20 сумматора, второго усилителя, блока вычитания, компаратора, коммутатора, третьего блока умножения, пятого сумматора и четвертой линии задержки, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым вхо25 дом аналого-цифрового преобразователя, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход первого квадратора соединен с вторым входом блока вычитания. выход второй лиЗ0 нии задержки соединен с вторым входом второго блока умножения, выход третьей линии задержки соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соеди- нен с вторым входом второго сумматора, З5 выход второго сумматора соединен с вторым входом четвертого сумматора и с входом третьей линии задержки, выход четвертого сумматора соединен с вторым входом блока деления, выход которого сое40 динен с вторым входом коммутатора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого сумматора, выход четвертой линии задержки соединен с вторыми входами первого и йятого сумматоров, а вы45 ход пятого сумматора соединен с входом регистратора.

Конструкция адаптивного фильтра по зволяет сглаживать измерительные помехи, так как фильтр осуществляет подавление

50 помех без использования информации о дисперсии входного шума (формирующего шума).

На чертеже представлена блок-схема

«тензометрического устройства .

Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензомост 1, усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 и адаптивный фильтр 4, выполненный в виде последовательно соединенных первого сумматора 5, первого квадратора 6.

1796890 первой линии 7 задержки, первого блока 8 умножения, второго сумматора 9, блока 10 деления, второй линии 11 задержки и второго квадраторэ 12, выход каторога соединен со вторым входом первого блока 8 умножения, последовательно соединенных третьей линии 13 задержки, второго блока 14 умножения и третьего сумматора 15, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 9, последовательна соединенных одновибратора 16, четвертого сумматора 17, второго усилителя 18, блока 19 вычитания, компаратара 20, коммутатора

21, третьего блока 22 умножения, пятого сумматора 23 и четвертой линии 24 задержки, выход пятого сумматора 23 соединен также с входом регистратора 25, а устройство содержит также генератор 26 тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом АЦП 3, выход первого сумматора 5 соединен также са вторым входом третьего блока 22 умно>кения, выход первого квадратора 6 соединен также со вторым входом блока 19 вычитания, выход второй линии 1 задержки соединен также со вторым входам второго блока 14 умножения, выход третьей линии 13.задержки соединен также со вторым входом третьего сумматора 15, аыход второго сумматора 9 соединен также со вторым входом четвертого сумматора 17, и со входом третьей линии f 3 задержки, выход четвертого сумматора 17 соединен также со вторым входом блока 10 деления, выход которого соединен со вторым входом коммутатора 21, а выход четвертой линии. 24 задержки соединен са вторым входом первого сумматора 5 и с вторым входом пятого сумматора 23.

Адаптивный фильтр работает следующим образом.

В режиме измерения деформации на выходе тензомоста 1 формируется напряжение U>(t), которое поступает на вход усилителя 2. На выходе усилителя 2 формируется напряжение U>(t) = k(U (t)j, где k — козффициент усиления усилителя 2. С выхода усилителя 2 сигнал 0® поступает на вход АЦП

3. Сигнал с усилителя 2 поступает на аналоговый вход АЦП 3, который по синхрасигналу тактового генератора производит выборку и кодирование поступающего сигнала, С выхода АЦП 3 информационный сигнал Zk, ПрЕДСтавляЮщИй СОбой истинный сигнал, искаженный помехой, поступает в первый сумматор 5, где из нега вычитается сигнал, пропорциональный оценке Х -t истинного сигнала; полученный на предыдущем такте изМерения. На выходе первого сумматора 5 сигнал пропорционален обновляемой последовательности у, г,=Zk-Х -1 (1)

С выхода сумматора 5 сигнал поступает в квадрэтор б, где умножается сам нэ себя.

На выходе квадратора 6 сигнал прапорцио5 нэлен квадрату обновляемой последовательности v, Этот сигнал поступает в блок

19 вычитания и на первую линию 7 задержки, где задерживается на адин такт работы устройства, С выхода первой линии 7 задер10 жки сигнал ик-1 поступает в первый блок 8 г умножения, где умножается на сигнал со второго квадратора 12, пропорциональный квадрату коэффициента усиления К -> . С г выхода первого блока 8 умножения сигнал

15 К -1 и,-1 поступает во второй сумматор 9, 2 г где складывается с сигналом третьего сумматора 15, На выходе второго сумматора 9 сигнал пропорционален априорной дисперсии ошибки оценивания Pklk-i.

20 Р !k-1 (1 Kk 1) Ру 1/k-г+

+ Kk 1(Zk з -а -г) (2)

С выхода второго сумматора 9 сигнал поступает в четвертый сумматор 17, на третью линию 13 задержки и в блок 10 деле25 ния, В четвертом сумматоре 17 сигнал складывается с сигналом с одновибратора 16, пропорциональным дисперсии измерительного шума. На выходе четвертого сумматора

17 сигнал пропорционален сумме априар30 ной дисперсии ошибкк оценивания и дисперсии измерительного шума. Этот сигнал поступает во второй усилитель 18, где усиливается a y раз. а также на второй вход блока 10 деления, 8 блоке 10 деления про35 исходит деление сигнала с выхода второго сумматора 9 на сигнал.с четвертого сумматора 17, На выходе блока 10 деления сигнал пропорционален коэффициенту усиления фильтра Kk, 40 Р k/k

К - РГ + (3)

Этот сигнал поступает во вторую линию

11 задержки, где задерживается нэ один такт работы устройства. Сигнал в третьей линии 13 задержки задер>кивэется на один такт и становится пропорционален Р ->(k-z.

Этот сигнал поступает на первый вход второго блока 14 умножения и на второй вход третьего сумматора 15, Во втором блоке 14 умножения сигнал со второй линии 11 задержки умножается на сигнал с третьей линии l3 задержки. На вйходе второго блока . 14 умножения сигнал пропорционален К -1

Р -ук-z, Этот сигнал поступает в третий сумматор 15, где вычитается из сигнала с третьей линии 13 задержки. С выхода третьего сумматора 15 сигнал, пропорциональный (Рк-1(k-г — Кк-1 Р -ук-г), поступает на второй вход второго сумматора 9. С выхода

1796890

30

50 входом регистратора. второй линии 11 задержки сигнал также поступает во второй квадоатор 12, где умножается сам на себя (Кк-1 ), и далее поступает на второй вход первого блока 8 умножения, С выхода второго усилителя 18 сигнал, пропорциональный у (P>I>-1 + r), поступает в блок 19 вычитания, где вычитается из сигнала с первого квадратора 6, пропорционального у . р„ à wу(Р„р- + г) . (4)

Если сигнал с выхода блока 19 вычитания превышает нулевой уровень, заданный компараторам 20, То с выхода последнего в коммутатор 21 сигнал не поступает, В этом случае коммутатор 21 заблокирован и сигнал с блока 10 деления через коммутатор 21 не проходит. Если сигнал с выхода блока 19 вычитания не превышает нулевой уровень, заданный компаратором 20, то с выхода последнего поступает сигнал в коммутатор 21, В этом случае с блока 10 деления через коммутатор 21 в третий блок 22 умножения поступает сигнал, npono„"öèoèýëüíûé коэффициенту усиления фильтра К .

При поступлении сигнала с выхода коммутатора 21 в третий блок 22 умножения происходит умно>кение этого сигнала на сигнал с первого сумматора 5, С выхода третьего блока 22 умножения сигнал, пропорциональный произведению коэффициента усиления фильтра на обновляемую последовательность К М< поступает в пятый сумматор 23; На второй вход пятого сумматора 23 поступает сигнал с четвертой линии

24 задержки, пропорциональный Х -1. На выходе пятого сумматора 23 си нал пропорционален оценке информационного сигнала )4

Xk=Xk- +Kk (5)

Этот сигнал поступает в регистратор 25 и в четвертую линию 24 задержки. В четвертой линии 24 задержки сигнал задерживается на один такт работы устройства, а затем поступает на вторые входы первого и пятого сумматоров 5, 23. Адаптивный фильтр позволяет осуществить субоптимальное сглаживание случайной измерительной помехи, обусловленной нестабильностью коэффициента передачи тензомоста 1, Адаптивная подстройка фильтра осуществляется автоматически. Дисперсия входного шума определяется посредством использования измерений Zu.

Таким образом, по сравнению с прототипом, данное тензометрическое устройство позволяет получить более достоверную информацию. Измеряемая информация искажена шумами. В предложенном устройстве эа счет адаптивного фильтра шумы сглаживаются, тем самым существенно повышается точность тензометрического устройства, Формула изобретения

Тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности; оно снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, выполненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первого квадратора, первой линии задержки, первого блока умножения, второго сумматора, блока деления, второй линии задержки и второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенных третьей линии задержки, второго блока умножения и третьего сумматора, выход которого сое-, динен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенных одновибратора. четвертого сумматора, второго усилителя, блока вычитания, компаратора, коммутатора, третьего блока умножения, пятого сумматора и четвертой линии задержки, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход первого квадрато- . ра соедийен с вторым входом блока вычитания, выход второй линии задержки соединен с вторым входом второго блока умножения, выход третьей линии задержки соединен с вторым входом третьего сумматора; выход второго сумматора соединен с вторым входом четвертого сумматора и с. входом третьей линии задержки, выход четвертого сумматора соединен с вторым входом блока деления, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого сумматора, выход четвертой линии задержки соединен с вторыми входами первого и пятого сумматоров, а выход пятого сумматора соединен с