Схема обработки сигнала с тензодатчика в последовательный код

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Технический результат заключается в повышении точности. Схема обработки сигнала с тензодатчика содержит два резистора (Р) (4) в мостовом включении с тензодатчиком (ТД), измерительный усилитель (ИУ) (26), выход которого соединен со входом АЦП (29), схему коррекции дрейфа нуля (3), состоящая из ключей (К) (5), (6), (22), усилителя (18, 19, 21), который через К (22) и Р (23) соединен с конденсатором (24) и с повторителем напряжения (25), выход которого соединен со входом ИУ (26). Напряжение с двух Р (4) поступает на вход ОУ (9) ИУ (26) и на вход К (5), напряжение с ТД поступает на вход К (6), выход которого соединен с выходом К (5) и входом ОУ (10) ИУ (26), при этом импульсы коррекции поступают на входы управления К (5), и (22), а на вход управления К (6) - через инвертор (7). Также введены генератор (32), счетчик (33), дешифратор (34), элемент 4И (35), с помощью которого можно изменять длительность импульсов коррекции. 2 ил.

Изобретение относятся к области электроизмерительной техники и может использоваться в аналого-цифровых преобразователях [2, 3].

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является схема обработки сигнала с тонкопленочного датчика давления, содержащая датчик давления, источник опорного напряжения, фильтр, выполненный на конденсаторе и двух резисторах, АЦП, измерительный усилитель, выполненный на операционных усилителях [1].

Недостатком данного устройства является наличие погрешности, вызванной дрейфом нуля измерительного усилителя.

Задачей изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная задача достигается следующим. В схему обработки сигнала с тензодатчика, содержащую источник опорного напряжения, АЦП, измерительный усилитель (ИУ), состоящий из первого, второго и третьего операционных усилителей (ОУ) введены: схема коррекции дрейфа нуля, состоящая из четвертого и пятого ОУ, первого, второго, третьего ключей, инвертора, четырех резисторов и конденсатора, а также генератор, первый и второй счетчики, дешифратор, логический элемент 4И, логический элемент И и сдвиговый регистр. Выход тензодатчика соединен со входом третьего ключа схемы коррекции дрейфа нуля, выход с третьего ключа соединен с выходом второго ключа и неинвертирующим входом первого ОУ. Напряжение с двух резисторов поступает на вход второго ключа, и на неинвертирующий вход второго ОУ. Выход ИУ соединен с аналоговым входом АЦП, и инвертирующим входом четвертого ОУ схемы коррекции дрейфа нуля, выход которого соединен со входом первого ключа, выход которого соединен через резистор с конденсатором интегрирующий RC цепи, выход которой соединен с неинвертирующим входом пятого ОУ, выход которого соединен с неинвертирующим входом третьего ОУ ИУ. Генератор соединен со счетным входом первого счетчика, выходы первого счетчика соединены с логическим элементом И, счетным входом второго счетчика, и входом дешифратора. Выходы дешифратора соединены с управляющими входами первого и второго счетчика, логическим элементом И, логическим элементом 4И и АЦП. Выход второго счетчика соединен со входом запись в сдвиговой регистр, а выход логического элемента И соединен со входом сдвиг информации сдвигового регистра, выход логического элемента 4И соединен с управляющими входами ключей 5 и 22, а ключа 6 - через инвертор. Выход АЦП соединен с цифровым входом сдвигового регистра, выход которого является последовательным кодом и поступает на выход схемы.

На фиг.1 и 2 представлена функциональная схема обработки сигнала с тензодатчика в последовательный код. Устройство содержит тензодатчик 1, источник опорного напряжения 2, два резистора 4, выполняющих роль плеча в мостовом включении с тензодатчиком и напряжение с которых поступает на неинвертирующий вход ОУ 9, и на вход ключа 5. Напряжение с тензодатчика 1 поступает на вход ключа 6, выход которого соединен с выходом ключа 5 и неинвертирующим входом ОУ 10. Выходы ОУ 9, 10 соединены с входами ОУ 17 через резисторы 13, 14 соответственно. Резисторы 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16 влияют на общий коэффициент усиления ИУ 26. Выходное напряжение с ОУ 17 ИУ поступает на аналоговый вход АЦП, с выхода которого цифровой код поступает на вход сдвигового регистра 30, с выхода которого последовательный код поступает на выход схемы. Также выход ОУ 17 соединен с инвертирующим входом ОУ 21, выход которого соединен со входом ключа 22. Выход ключа 22 соединен с резистором 23, с выхода которого напряжения коррекции поступает на конденсатор 24 и на неинвертирующий вход ОУ 25, выход которого соединен через резистор 20 с неинвертирующим входом ОУ 17 ИУ 26. Генератор 32 соединен со счетным входом счетчика 33, выходы которого соединены с логическим элементом И 27, счетчиком 28, дешифратором 34. Выход логического элемента И 27 соединен с управляющим входом сдвигового регистра 30, а выход счетчика 28 соединен со входом запись сдвигового регистра 30. Выходы дешифратора 34 соединены с логическим элементом И 27, счетчиком 28, логическим элементом 4И 31 и счетчиком 33. Выход логического элемента 4И 31 соединен с управляющими входами ключей 5, 6, 22, причем управление на ключ 6 поступает через инвертор 7.

Схема обработки сигнала с тензодатчика в последовательный код работает следующим образом.

При не нажатии на тензодатчик 1 на выходе ИУ 26 напряжение равно разности напряжений на входе ИУ 26, умноженное на коэффициент усиления ИУ 26. При нажатии на тензодатчик 1 разность напряжений на входе ИУ 26 увеличивается и умножается на коэффициент усиления ИУ 26. С выхода ИУ 26 напряжение поступает на АЦП 29, где по импульсу ПАУЗА длительностью 160 мкс, поступающему с дешифратора 34, происходит преобразование напряжения в параллельный код и одновременно запуск счетчика 28, который вырабатывает импульс ЗАПИСИ в сдвиговый регистр 30. Управление на сдвиговый регистр 30 поступает с выхода логического элемента И 27, на входы которого поступают импульсы сдвига со счетчика 33, и управляющий импульс ПАУЗА, поступающим с дешифратора 34. Последовательный код с выхода сдвигового регистра 30 поступает на выход схемы.

Сдвиг параллельного кода в последовательный происходит в течении 640 мкс, в это же время происходит коррекция дрейфа нуля ИУ 26. Длительность импульсов коррекции можно изменять в пределах от 160 мкс до 640 мкс, с помощью логического элемента 4И 35, с выхода которого импульсы коррекции дрейфа нуля поступают на входы управления ключей 5 и 22, а также на вход управления ключа 6 через инвертор 7. Ключи 5 и 22 открываются, а ключ 6, закрывается. Таким образом, напряжение дрейфа нуля с выхода ИУ 26 поступает на вход инвертирующего усилителя 21 с коэффициентом усиления, равным единице. Выходное напряжение инвертирующего усилителя 21 поступает на вход открытого ключа 22. Напряжение дрейфа нуля с выхода ключа 22 поступает на конденсатор 24, через резистор 23 и далее поступает на вход повторителя напряжения, выполненного на ОУ 25, выход которого соединен со входом ИУ 26 и, тем самым, компенсирует напряжение дрейфа нуля на выходе ИУ 26.

Таким образом, введение схемы коррекции дрейфа нуля, генератора, счетчика, дешифратора, логического элемента 4И позволяет значительно повысить точность преобразования.

Источники информации 1. Патент Германии 19531386, G 01 L 9/04 (прототип).

2. B. C. Гутников Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988 г.

3. Б. Г.Федорков, В.А.Телец Микросхемы ЦАП и АЦП. Энергоатомиздат, 1990 г.

Формула изобретения

Схема обработки сигнала с тензодатчика, содержащая два резистора в мостовом включении с тензодатчиком, измерительный усилитель, выполненный на операционных усилителях (ОУ), выход которого соединен со входом АЦП, отличающаяся тем, что введена схема коррекции дрейфа нуля, состоящая из ключей 5, 6, 22, инвертирующего усилителя, на вход которого поступает напряжение дрейфа нуля с выхода измерительного усилителя, выход инвертирующего усилителя соединен со входом ключа 22, напряжение дрейфа нуля с которого поступает на конденсатор через резистор и далее на вход повторителя напряжения, выход которого соединен со входом измерительного усилителя для компенсации напряжения дрейфа нуля, причем напряжение с двух резисторов в мостовом включении с тензодатчиком поступает на неинвертирующий вход ОУ 9 измерительного усилителя и на вход ключа 5, напряжение с тензодатчика поступает на вход ключа 6, выход которого соединен с выходом ключа 5 и неинвертирующим входом ОУ 10 измерительного усилителя, при этом импульсы коррекции поступают на входы управления ключей 5, и 22, а на вход управления ключа 6 - через инвертор, также введены генератор, выход которого соединен со входом счетчика, выход счетчика соединен со входом дешифратора, выходы которого соединены со счетчиком и с логическим элементом 4И, с помощью которого можно изменять длительность импульсов коррекции и выход которого соединен со входом схемы коррекции дрейфа нуля, причем преобразование на АЦП происходит по импульсу ПАУЗА, поступающему с дешифратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2