Тензометрическое устройство

(5)5 6 01 В 7/16 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Московский институт электронного машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 1408203, кл. 8 01 В 7/16, 1986,Авторское свидетельство СССРМ 1456676, кл, 6 01 В 7/16, 1987.(54) тЕНЗОМЕтРИЧЕСКОЕ УстРОИСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий, Целью изо-: бретения является повышенйе 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, удов-. летворяющего заданным точностным характеристикам,который затем используется для Формирования оценки инФормаци онного, сигнала с полученным коэффициентом усиления, Далее информационный сигнал фиксируется в регистраторе 25. 1 йл.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий;Известно тензометрическое устройство, содержащее тензомост, источник питания, соединенный с ходом тензомоста,последовательно соединенные первыйключ и первый интегратор, второй ключ ивторой интегратор, аналого-цифровой преобразователь(АЦП) и блок управления, первый выход которого соединен с вторымивходами первого и второго ключей, второй.выход соединен с вторыми входами первогои второго интеграторов, третий выход соединен с первым входом АЦП, а четвертыйвйход соединен с входом источника питания, вход первого ключа соединен с выходом тензомоста, вход второго ключасоединен 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 соединенс выходом первого интегратора, выходыпервого и второго блоков выборки-хранения, соответственно, соедйнены с первым ивторым входами. четвертого ключа, выходкоторого 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 второгоинтегратора, выходы третьего и четвертогоблоков выборки-хранения, соответственно,соединены с первым и вторым входами шестого ключа, выход которого соединен стретьим входом АЦП, а пятый выход блокауправления соединен с вторыми входамитретьего и пятого ключей и с третьими входами четвертого и шестого ключей,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является тензометрическое устройство,содержащее последовательно соединенныетензомост, усилитель и аналого-цифровой. преобразователь и регистратор,В данном устройстве на погрешностьизмерения оказывает существенное влияние нестабильность коэффициента передачи тензомоста, которая, например, прииспользовании интегральных полупровод. никовых тензопреобразователей, соединенных пь схеме моста, может составлять от1 до Ц на каждые 10 С, а также нестабиль,ность коэффициента передачи усилителя.Целью изобретения является повышение точности за счет сглаживания шумов винформационном тракте. Поставленная цель достигается тем, чтотензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост,усилитель и аналого-цифровой преобразо ватель и регистратор, снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, выполненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первого квадратора, первой линии задерж ки, первого блока умножения, второго сумматора, блока деления, второй линии задержки второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, последовательно соеди ненных третьей линией задержки, второгоблока 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 вхо Б 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 лиЗ 0 нии задержки соединен с вторым входомвторого блока умножения, выход третьей линии задержки соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соеди. нен с вторым входом второго сумматора, З 5 выход второго. сумматора соединен с вторым входом четвертого сумматора и с входом третьей линии задержки, выходчетвертого сумматора соединен с вторымвходом блока деления, выход которого сое 40 динен с вторым входом коммутатора, выходаналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого сумматора, выход четвертой линии задержки соединен с вторымивходами первого и йятого сумматоров, а вы 45 ход пятого сумматора соединен с входомрегистратора,Конструкция адаптивного фильтра по зволяет сглаживать измерительные помехи,так как фильтр осуществляет подавление50 помех без использования информации одисперсии входного шума (Формирующегошума),На чертеже представлена блок-схематензометрического устройства.55 Тензометрическмустройстюсьдержитпоследовательно соединеннывтензомост 1, усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 3 и адаптивный фильтр 4, выполненный в виде последовательно соединенныхпервого сумматора 5, первого квадратора 6,первой линии 7 задержки, первого блока 8 умножения, второго сумматора 9, блока 10 деления, второй линии 11 задержки и второго квадратора 12, выход которого 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, последовательно соединенных одновибратора 16, четвертого сумматора 17, второго усилителя 18, блока 19 вычитания, компаратора 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 со вторым входом третьего блока 22 умнокения, выход первого квадратора 6 соединен также со вторым входом блока 19 вычитания, выход второй линии 1 задержки соединен также со вторым входом 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 13 задержки, выход четвертого сумматора 17 соединен также со вторый входом блока 10 деления, выход которого соединен со вторым входом коммутатора 21, а выход четвертой линии. 24 задержки соединен со 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 Оф), которое поступает на вход усилителя 2. Нэ выходе усилителя 2 формируется напряжение Щг) = 01 Я, где 1 - козффициент усиления усилителя 2. С выхода усилителя 2 сигнал О поступает на вход АЦП 3. Сигнал с усилителя 2 поступает на аналоговый вход АЦП 3, который по синхросигналу тактового генератора производит выборку и кодирование поступающего сигнала, С выхода АЦП 3 информационный сигнал Е, представляющий собой истинный сигнал, искаженный помехой, поступает в первый сумматор 5, где из него вычитается сигнал, пропорциональный оценке ХИстинного сигнала; полученный на предыдущем такте измерения. На выходе первого сумматора 5 сигнал пропорционален обновляемой последовательностиу гк = 7 К - ХР)С выхода сумматора 5 сигнал поступаетв квадрэтор б, где умножается сам на себя.На выходе квадратора 6 сигнал пропорцио 5 нален квадрату обновляемой последовательности гф Этот сигнал поступает в блок.19 вычитания и на первую линию 7 задержки, где задерживается на один такт работыустройства, С выхода первой линии 7 задер 10 жки сигнал икпостУпает в пеРвый блок 8гумножения, где умножается на сигнал совторого квадратора 12, пропорциональныйквадрату коэффициента усиления К. С2выхода первого блока 8 умножения сигнал15 Кг,-1 поступает во второй сумматор 9,2 2где складывается с сигналом третьего сумматора 15, На выходе второго сумматора 9сигнал пропорционален априорной дисперсии ошибки оценивания Ру.20 Ра= (1 - К) РУЬ++ Кк(Ек- Ек) (2)С выхода второго сумматора 9 сигналпоступает в четвертый сумматор 17, натретью линию 13 задержки и в блок 10 деле 25 ния, В четвертом сумматоре 17 сигнал складывается с сигналом с одновибратора 16,пропорциональным дисперсии измерительного шума. На выходе четвертого сумматора17 сигнал пропорционален сумме априор 30 ной дисперсии ошибкк оценивания и дисперсии измерительногошума, Этот сигналпоступает во второй усилитель 18, где усиливается в у раз. а также на второй входблока 10 деления, В блоке 10 деления про 35 исходит деление сигнала с выхода второгосумматора 9 на сигнал,с четвертого сумматора 17, На выходе блока 10 деления сигналпропорционален коэффициенту усиленияфильтра Кк,40 Р / -1Кк - Р / (3)Этот сигнал поступает во вторую линию11 задержки, где задерживается нэ одинтакт работы устройства. Сигнал в третьейлинии 13 задержки задеркивается на одинтакт и становится пропорционален Рк-гй-г,Этот сигнал поступает на первый вход второго блока 14 умножения и на второй входтретьего сумматора 15, Во втором блоке 14умножения сигнал со второй линии 11 задержки умножается на сигнал с третьей линии 13 задержки. На выходе второго блока. 14 умножения сигнал пропорционален К Рл(к-г, Этот сигнал поступает в третийсумматор 15, где вычитается из сигнала стретьей линии 13 задержки. С выхода третьего сумматора 15 сигнал, пропорциональный Рка- КкРк-ук-г), поступает навторой вход второго сумматора 9. С выходавторой линии 11 задержки сигнал также поступает во второй квадуатор 12, где умножается сам на себя (К), и далее поступает на второй вход первого блока 8 умножения,С выхода второго усилителя 18 сигнал, пропорциональный у(Ру+ г), поступает в блок 19 вычитания, где вычитается из сигнала с первого квадратора 6, пропорционального у .ру(Р/-1 + 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, пропорциональный коэффициенту усиления фильтра К. При поступлении сигнала с выхода коммутатора 21 в третий блок 22 умножения происходит умножение этого сигнала на сигнал с первого сумматора 5, С выхода третьего блока 22 умножения сигнал, пропорциональный произведению коэффициента усиления фильтра на обновляемую последовательность К 1% поступает в пятый сумматор 23; Ка второй вход пятого сумма. тора 23 поступает сигнал с четвертоу линии 24 задержки, пропорциональный Х. На выходе пятого сумматора 23 си, нал пропорционален оценке информационного сигнала )(К И (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 Е.10 30 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 устройстваФормула изобретен ия 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 повышенияточности; оно снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, выполненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первогоквадратора, 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 импульсовсоединен 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, вы 50ход 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 свходом регистратора.