Цифровой тензопреобразователь

(д 1) 4 С 01 С 3/14 Н 2/24-108587. Бюл. У 14ий политехниче ии ин вой(54 (57 ри ысит ерен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) АвторсУ 1015258,АвторскФ 1185067,ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к весоиз ельной технике и позволяет поточность и быстродействия изй за счет повышения тактовой частоты измерений и расширение диапа. зона 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 алгоЯ ритму. 2 ил.1 13038Изобретение относится к весдиэмерительной технике и может быть использовано для тенэометрирования динамических процессов в цифровых весах и доэаторах. 5Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений за счет повышения тактовой частоты измерений и расширение диапазона подавляемых помех. 10На фиг.1 приведена схема тензопреобраэователя, на фиг.2 - временные диаграммы работы тензопреобразователя.Выходной сигнал тенэодатчиков 1Б непрерывно измеряется автокомпенсатором следящего действия, который объединяет все остальные элементы преобразователя. Предварительный усилитель 2 усиливает разбаланс между измеряемым П и компенсирующим 0 напряжениями. Последнее из них пропорционально коду И на входе декодирующего преобразователя 3, имеет полярность, противоположную питающему 25напряжению 0(П = -Ыц), и при максимальном значении входного кода равно по величине этому напряжению: Ц к = Поп при И = Мас . Низкочастотный фильтр с обнулением и Фиксацией 4обеспечивает подавление высокочастотных помех в выходном сигнале предварительного усилителя 2, а также запоминание отфильтрованного сигнала на концах полупериодов питания тензо 35 датчиков 1. В зависимости от комбинаций логических уровней синхросигналов Ф 1, Ф 2 (рис.2 Е) 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 бытьреализован, например,на базе одного или нескольких интеграторов со сбросом и запоминанием, включенных по схеме, моделирующей дифференциальноеуравнение выбранного Фильтра, Анализатор 5 определяет полярность суммывыходного сигнала фильтра 4 Ц , выходного 0 и входного Пнапряжений декодирующего преобразователя З,взятых с коэффициентами соответственно К , К и К/2, При положительной полярности указанной суммы напряжений выходной сигнал анализатора Б имей ет уровень логической "1", а при отрицательной - .уровень логического36 2 О, что в соответствии с выражениями, определяющими выходной сигнал декодирующего преобразователя З,можно выразить следующим образом: 1 при КрБо+ Клоп (11 макс 2и) О О при КрОс + К Поп (11 макс- М)О,Анализатор такого вида может бытьвыполнен из последовательно включенных суммирующего усилителя и схемысравнения, на один из входов которойзадан нулевой потенциал.Управляющий вычислитель Ь выполняет вычислительно-логические операции, обеспечивающие измерение сигнала Б 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 образомВ середине каждого полупериода сигнала тензодатчика 1 (Фиг.2 а),когда импульсные помехи, возникающие на его фронтах, затухают практически полностью, синхросигналы Ф 1 и Ф 2 изменяют свое состояние, так, что Фильтр 4 переходит из режима установки нулевых начальных условий в режим фильтрации сигнала раэбаланса между измеряемым Б, и компенсирующим 0 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 П,р при появлении на конце полупериода соответствуюшей комбинации синхросигналов Ф 1 и Ф 2. Предварительное задание нулевых начальных условий фильтрации обеспечивает инвариантность запоминаемого сигнала Бт по отношению к его значениям на предыдущих по. лупериодах.Это позволяет испольэо1303836 20 30 вать высокоэффективные низкочастотные фильтры, характеризующиеся значительной инерционностью, не увеличивая динамическую погрешность преоб. разователя в целом.В начале следующего полупериодапитания тензодатчиков 1 запомненныйсигнал разбаланса преобразуется в знакочувствительный код. Преобразование основано на программной реализации известного метода поразрядного уравновешивания и выполняется тремя. элементами: 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), ианализатором 5 полярности, входнойсигнал 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 младшихего разрядов - уровни логического"О". Если при этом произошла перекомпенсация, то на проверяемом входе(старший разряд) устанавливается нулевой уровень, в противном случаесигнал на этом входе не изменяется,Аналогичным образом, в порядке убывания весового коэффициента, вычислитель 6 определяет значение остальных разрядов кода разбаланса. Напряжение разбаланса Б и комрФпенсирующее напряжение Б на каждом полупериоде меняют свою полярность, следовательно, сигналами пере- и недокомпенсации для вычислителя 6 является наличие на выходе анализатора 5 уровней .соответственно "1" и "О" при45 положительной полярности и наличие инверсных сигналов (т,е. соответственно "О" 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 1. При кодированпи сигнала разбаланса У Фактичес. ки уравновешивается компенсирующим напряжением, смещенным на половину диапазона его изменения, что видноиз 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 -П /2 до +Поп /2. Полученный в результате преобразования код, также как и уравновешивающее напряжение, оказывается смещенным наполовинч его максимального значения, т.е, на М/2. Истинное значение числового эквивалента входногоразбаланса получается в вычислителе 6 путем вычитания из результата кодирования числа И/2. При этом числовой эквивалент сигнала недокомпенсации на входе автокомпенсатора имеетположительное значение. Эквивалент сигнала перекомпенсации - отрицатель. ный, 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 вызываетизменение величины компенсирующего напряжения Ь, и при соответствующей настройке усиления сигнала разбаланса приводит к полному балансу напряжений на входе автокомпенсатора (на входе предварительного усилителя 2). Аналоговая Фильтрация сигнала разбаланса обеспечивает инвариантность преобразователя к воздействию высоко"частотного шума, однако низкочастотные помехи, полярность которых не успевает измениться за полупериод сиг.нала тензодатчика, обуславливают наличие знакопеременных составляющихво 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 31 303 Ь 1 б б Составитель М, ХаустовЭ. Слиган Техред Л,Сердюкова Корректор Патай Ре Тираж б 94 Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб , ц.з 1296/40 Проектная,4 роизводственна-палиграфическае предприятие, г. Ужгород в процессе следящего уравпапешпва -ния вызывает появление на входе последнего соответствующей дезинфармативной составляющей сигнала: следующих друг за другом одинаковых па величине, на противоположных па знакучисловых отсчетов. Дпя полного падавления таких помех достаточно испаль -зовать обычное усреднение двух следующих друг за другом числовых отсчетов,Более эффективное подавление низкочастотных помех может быть полччено при программировании управляющеговычислителя 6 для реализации болеесложных 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 полупериаде во время фильтрации сигнала разбаланса, а выдача полученного значения осуществляется в промежутке междуокончанием фильтрации и началом кодирования этого сигнала и сопровождается синхросигналом ФЗ (фиг.2),При равных значениях частоты питания тензодатчиков и аналогичных весовых функциях, т.е. при одинаковомподавлении низкочастотных памех,тактовая частота измерений устройства встолько раз выше, чем у прототипа,каков порядок весовой функции. Крометого, аналоговая фильтрация сигналаразбаланса обеспечивает дополнительное подавление высокочастотных помехвообще и помех, частота которых кратна удвоенному значению частоты питания тензопатчиков в частности,Формула изобретения Цифровой тензопреабразователь, садержащии тензодатчики, вход которыхподключен к первому выходу формирователя прямоугольных напряжений, авыход - к первому входу предварительного усилителя, а т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения бы 10 стродействия и точности измерений,внего введены низкочастотный фильтр собнулением и фиксацией и кадирующедекодирующий вычислитель, состоящийиз управляющего вычислителя, декоди 15 рующего преобразователя и анализатора полярности, причем вход низкочас-.тотного фильтра с абнулением и фиксацией соединен с выходом предварительного усилителя, выход - с первым вха 20 дом анализатора полярности, а два вхада синхронизации этого фильтра подключены, соответственно, к первому ивторому выходам управляющего вычислителя, вход которого соединен с выходом анализатора полярности, третийвыход управляющего вычислителя подключен к входу формирователя прямоугольных напряжений, второй выход которого соединен с вторым входом анализа 30 тора полярности и с аналоговым входом декадирующега преабразовател 1,подключенного выходом к третьемувходу анализатора полярности и второму входу предварительного усилителя,35.остальные выходы управляющего вычислителя поразрядно соединены с цифровыми входами декодирующего преобра.зователя и образуют выходную шинутензопреобразавателя,