Цифровой тензопреобразователь

)4 ОБРЕТ ПИСАНИ ЬСТ ератора питания. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Одесскич ордена Трудового Краного Знамени политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРФ 785655, кл. С 01 С 19/00, 1979.Авторское свидетельство СССРНф 1015258, кл. С 01 С 3/142, 1982.(54)(57) ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор следящего действия с декодирующим преобразователем и предварительным усилителем,к входам которого подключены выходы тензодатчиков и декодирующего 8011 50 преобразователя, и генератор питания,подключенный к входам питания тензодатчиков и декодирующего преобразо"вателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности засчет расширения диапазона подавляемых помех, в него введен аналогоцифровой детектор, выполненный в виде. кодирующего устройства и программируемого процессора, причем выходпредварительного усилителя подключен к информационному входу кодирующего устройства, выходы которого соединены с входами программируемогопроцессора, выходами подключенногок входам декодирующего преобразователя, а входы синхронизации кодирующего устройства и программируемогопроцессора подключены к выходам ге"1185Изобретние. относится к измеритель- ной технике, в частности к электрическим тензометрам, и может быть использовано, например, в устройствах для измерения веса. 5Цель изобретения - повышение точности эа счет Расширения диапазона подавляемых помех.На фиг. 1 показана функциональная блок-схема предлагаемого цифро .вого тензопреобраэователя; на фиг,2- 4 графики, поясняющие работу преобразователя.Тензопреобраэователь содержит тензодатчики (, декодирующий преоб разователь 2, предварительный усилитель 3, кодирующее устройство 4, процессор 5, генератор 6 питания. Ко" дирующее устройство 4 и программируемый процессор 5 совместно образу ют аналого-цифровой детектор 7. Чекодирующий преобразователь 2, предварительный усилитель 3 и аналого-цифровой детектор 7 образуют следящий автокомпенсатор. 25Цифровой 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 жит полезную составляющую сигнала разбаланса между измеряемым и компенсирующим напряжениями (фиг. 2), а также аддитивные помехи, обусловленные дрейфом нуля этого усилителя, 40 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 1-ном 50 полупериоде ( = О, 1, 2, ,с) текущего такта измерения кодирующее устройство 4 вырабатывает некоторые числа И 1 , соответствующие выходному .сигналу усилителя 3 и равйые сумме 55 числовых эквивалентов полезного сигнала разбаланса 1 и сигнала помехи 1 ф 067 гыЕхЗ = ирГ 11+ мЕЗС выхода устройства 4 полученныечисла Я 1 3 поступают в процессор 5,где формируется очередной результатпреобразования,Следящий режим и необходимая степень помехозащищенности измеренийобеспечивается тем, что в процессоре5 к результату предыдущего преобразования добавляется величина дК, которая равна разности с-го порядкаЬфЮ чисел И 1 , поступивших на текущем такте измерения в процессор 5,деленной на 2 ф и взятой со знаком,обеспечивающим суммирование первогоиз чисел К 1. При этом по мере поступления данных от устройства 4процессор 5 производит вычисленйя величины дк по выражаению=-- ,д" = -,7 (- ) Я, ( 1)ф 12 1 2 с,огде. д" Яоператор вычисления разности с-го порядка чисел Я 1, вырабатываемых кодирующим устройством 4 в течение цикла измерения;номер полупериода полезного сигнала в текущем цикле измерения, д0,1,2 с;С = т , - заданные. в про 1 (с - )грамме процессора 5 биноминальные коэффициентыс =1 х 2 хх 3 ххс;( 1)% - множитель, обеспечивающий суммирование первого иэ чиселИ 11 (Ю Щ) привычислении разности 1 с го порядка (введен дляобщности записи операторнойформы выражения В дальнейшем вычисления по приведенной формуле именуются детектированием с-го порядка.Если помехи в выходном сигнале. усилителя 3, а следовательно и в выходном коде устройства 4, отсутствуют (М 1 = 0), то этот сигнал имеет вид, приведенный на фиг, 2. Процессор 5 вырабатывает величину ЬК, соответствующую значению сигнала разбаланса, выраженному в единицах выходного кода МР (М Р ) О) при недо- компенсации на входе автокомпенсато ра и М ( 0 - при перекомпенсации).РРавенство величины ЬК значению вход. ного разбаланса М . вытекает из известных математических тождеств15=ои реализуется при подстановке значейий полезного сигнала разбалансаМ С 13= (1) МР20 в формулу для вычисления величины ЬК в качестве значений кодов М 11, поступающих в процессор 5 от устройства 4 После добавления полученного значенияЬК к езультату предыдущего преобраР.зования и после выдачи процессором 5полученного кода на вход декадирующего преобразователя 3 компенсирующее напряжения изменяется на соответствующук) величину, а разбалансна выходе. усилителя 2 компенсирует- З 5ся полностью. При этом выходной кодпроцессора 5 соответствует величинесигнала тензодатчиков 1,В. реальных условиях выходной сигнал усилителя 3, а значит и выходной фкод устройства 4 практически всегдасодержит помехи М 1 .1 Ф О. Следовательно, в значение величины ЬК входит не только составляющая полезного сигнала Ц , но и составляющая помехи. Это вызывает некоторую погрешность измерений, хотя влияние определенных видов помех может быть полностью исключено выбором соответствующего порядка детектирования 1. Детектирование более высокого порядка позволяет полностью подавлять как помехи более. сложной формы, так и помехи,подавляемые детектированием любогонизшего порядка. Так, например, для 55полного подавления помех типа постоянное смещение", математически описываемых многочленсм нулевой степени М Г 1 3 = М , достаточно первого порядка детектирования. Алгоритм такого детектирования иллюстрируется фиг. 3 и заключается в вычислении ве. - личины К как половины разности чисел, полученных устройством 4 на первом Мс 3 и втором МГ 13 полупериодах. Изменяющиеся, например, по линейному закону помехи при детектировании первого порядка вносят погрешнОсть преобразования, пропорциональную скорости измерения сигнала помехи,Для подавления этого вида помех, которые на отрезке времени вычисления величины а К описываются многочленом первой сте-. пени,т.е. суммой постоянного смещения М)о и линейно изменяющейся помехи М 1, необходимо уже применить детектирование второго порядка. Алгоритм такого детектирования иллюстрируется фиг. 4 и заключается в вычислении аК как четверти разности между суммой чисел, по лученных устройством 4 на первом МГ 03 и третьем Щ 2 полупериодах и удвоенным значением, полученным на втором полупериоде Я 1 Д. В общем случае полное подавление помех, которые. за вре. - мя вычисления величины ЬК могут быть описаны многочленом степени К, т,е. суммоч постоянного смещения М линейной изменяющейся помехи М 11 " параболической помехи М " 1 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 1 ируется с большей гочностью многачленом высшегопорядка (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 К-го порядка Л к(ю) описывается выражениемА (щ) = 1 зхп в 1 где Ь - длительность полунериода полезного сигнала;М - частота гармонических помех(рад/с).Так, например, при частоте полезного сигнала 1 кГц (ЬТ = 5 10с) сетевые. помехи ( я й 314 рад/с) подавляются детектированием первого порядка1185067 в 12,75 раз, второго порядка - в162,6 раза, и третьего - в 2973 разаВ зависимости от требуемого подавления помех и их частотного диапазона.задаются соответствующим порядкомдетекрирования и программируют процессор 5 для вычислений величины по Фре эФ фи 8 8Фруг,7= Фюо а.7= Ярр 7 - Фр ф Л/7 р иоу-Юру) Ф ЮГА с Фют РЮю) Ю 7= ЮРфф Составитель В.Ширшоедактор СПисина Техред М. Надь Черн рек акаэ 6 писное итета СССР ткрыт я наб.,ипиал ППППатент , г.ужгород, ул.Проектна 7/3 Ти НИИПИ Государств по делам иэоб 13035, Москва, Жж 65)ного котений и5, Рауш приведенной Формуле. При этом порядок детектирования выбирают минимально допустимым, что при заданном подавлении помех обеспечивает наиболеевысокую тактовую частоту измерений инаименьший объем вычислений, выполняемых процессорм 5. ФрС 3 ф ФгГО ф МГдд = Ко фууу г - Фр + Ф