СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛА С ТЕНЗОДАТЧИКА Российский патент 2005 года по МПК G01R17/10 G01L9/04 

Изобретение относятся к области электроизмерительной техники может использоваться и аналого-цифровых преобразователях.

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

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

Задача изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная задача достигается тем, что в схему обработки сигнала с тензодатчика, содержащая, АЦП, первый источник опорного напряжения, измерительный усилитель (ИУ), состоящий из первою и второго ОУ, два резистора, выполняющих роль плеча в мостовом включении с тензодатчиком, причем напряжение с первого источника опорного напряжения поступает на вход двух резисторов и на вход тензодатчика, напряжение с тензодатчика поступает на неинвертирующий вход первого ОУ, а напряжение с двух резисторов поступает на неинвертирующий вход второго ОУ измерительного усилителя, дополнительно введены третий ОУ в измерительный усилитель, схема коррекции дрейфа нуля, содержащая четвертый и пятый ОУ, ключ, резистор и конденсатор, схема анализатора нажатия на тензодатчик, содержащая второй и третий источник опорного напряжения, первый и второй компаратор, логический элемент И-НЕ, логический элемент ИЛИ, логический элемент И и таймер.

Выходы первого и второго ОУ соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входом третьего ОУ, выход третьего ОУ является выходом измерительного усилителя и соединен с аналоговым входом АЦП и инвертирующим входом компаратора, выполненного на четвертом ОУ, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, выход четвертою ОУ через ключ соединен со входом резистора, с выхода которого напряжение заряжает емкость конденсатора и поступает на неинвертирующий вход пятого ОУ, выход которого через резистор соединен с неинвертирующим входом третьего ОУ измерительного усилителя. Положительное напряжение с второго источника опорного напряжения поступает на неинвертирующий вход первого компаратора, а на инвертирующий вход первого компаратора поступает напряжение с выхода третьего ОУ измерительною усилителя, отрицательное напряжение с третьего источника опорного напряжения поступает на инвертирующий вход второго компаратора, а на неинвертирующий вход второго компаратора поступает напряжение с выхода третьего ОУ измерительного усилителя, выходы первого и второго компаратора соединены с входами логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом логического элемента ИЛИ, на другой вход которого поступают импульсы коррекции дрейфа нуля, выход логическою элемента ИЛИ соединен с входом логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом таймера, а выход логическою элемента И соединен с управляющим входом ключа.

На чертеже представлена функциональная схема обработки сигнала с тензодатчика. Устройство содержит тензодатчик 1, источник опорного напряжения 3, два резистора 2, измерительным усилитель 4, состоящий из 5, 9, 13 ОУ, 6, 7, 10, 11, 12, 14 резистора, схемы коррекции дрейфа нуля 31, состоящий из 15, 21 ОУ, 16, 17, 19, 22 резистора, ключа 18, и конденсатора 20, и схемы анализатора нажатия на тензодатчик 32, состоящий из 23, 24 источника опорного напряжения, 25, 30 компаратора, логических элементов И-НЕ-26, ИЛИ-27, И-28, а также таймер 29, и АЦП 33.

Напряжение с первого источника опорного напряжения поступает на два резистора 2 и на вход тензодатчика 1, напряжение с двух резисторов поступает на неинвертирующий вход ОУ 5, напряжение с тензодатчика поступает на инвертирующий вход ОУ 9. Выход с ОУ 5 через резистор 10 соединен с инвертирующим входом ОУ 13, а выход с ОУ 9 через резистор 11 соединен с неинвертирующим входом ОУ 13. Резисторы 6, 7, 8, 10, 11, 12, 14 влияют на общий коэффициент усиления измерительного усилителя 4. Выходное напряжение с ОУ 13 поступает на вход АЦП 33, и инвертирующий вход ОУ 15, схемы коррекции дрейфа нуля 31, выход с ОУ 15 соединен с входом делителя напряжения 16, 17, напряжение с которого поступает на вход ключа 18, с выхода ключа напряжение коррекции поступает на вход резистора 19, с выхода которого напряжение коррекции поступает на конденсатор 20 и на неинвертирующий вход ОУ 21, с выхода ОУ 21 напряжение коррекции через резистор 22 поступает на неинвертирующий вход ОУ 13 измерительного усилителя 4. А также выход ОУ 13 соединен с инвертирующим входом компаратора 25 и неинвертирующим входом компаратора 30. Положительное напряжение с источника опорного напряжения 23 поступает на неинвертирующий вход компаратора 25, а отрицательное напряжение с источника опорного напряжения 24 поступает на инвертирующий вход компаратора 30. Выходы с компараторов 25 и 30 соединены соответственно с входами логического элемента И-НЕ-26, выход с которого соединен с входом логического элемента ИЛИ-27 на другой вход логического элемента ИЛИ-27, поступают импульсы коррекции дрейфа нуля. Выход с логического ИЛИ-27 соединен с одним из входов логического элемента И 28, на другой вход логического элемента И 28 поступает с таймера 29 отрицательный импульс длительностью 20 сек.

Схема обработки сигнала с тензодатчика работает следующим образом. При подаче питания ни схему таймер 29 вырабатывает отрицательный импульс длительностью 20 сек. За это время все переходные процессы, проходящие в измерительном усилителе 4, установятся при условии, что в это время не будет нажат тензодатчик 1. При ненажатом тензодатчике 1 напряжение на входах измерительного усилителя (ИУ) 4 будет одинаково, а напряжение на выходе (ИУ) 4 равно напряжению дрейфа нуля (ИУ) 4. Это напряжение поступает на вход компараторов 25, 30, а на другие входа компараторов 25, 30 поступает напряжение с источников опорного напряжения 23, 24, это напряжение устанавливается немного больше напряжения дрейфа нуля (ИУ) 4, при этом на выходе компараторов 25,30 будет логическая единица, которая поступает на вход логического элемента И-НЕ 26, с выхода которого логический нуль поступает на вход логического элемента ИЛИ 27, разрешая прохождение импульсов коррекции, которые поступают на другой вход логического элемента ИЛИ 27, с выхода которого импульсы коррекции проходят через логический элемент И 28 и поступают на управляющий вход ключа 18, что позволило производить коррекцию дрейфа нуля (ИУ) 4, при ненажатом тензодатчике 1. При нажатии на тензодатчик 1 напряжение с тензодатчика 1 изменяется за счет изменения сопротивления тензодатчика 1. При этом на входах (ИУ) 4 появляется разница напряжений, которая умножается на коэффициент усиления (ИУ) 4, с выхода которого положительное или отрицательное напряжение поступает на входы компараторов 25, 30 и, как только напряжение будет больше опорного напряжения, поступающего с источников опорного напряжения 23, 24, сработает один из компараторов 25, 30, с выхода которого логический нуль, поступая на вход логического элемента И-НЕ 26, с выхода которого логическая единица, поступая на вход логического элемента ИЛИ 27, запретит прохождение импульсов коррекции дрейфа нуля, поступающих на другой вход ИЛИ 27. Длительность импульсов коррекции можно изменять в пределах от 10 мс до 14 мс с периодом следования 4 сек. На выходе ОУ 15 напряжение будет +15В, либо -15В, которое поступает на вход делителя напряжения на резисторах 16, 17 и далее на вход ключа 18, с выхода которого напряжение поступает на вход резистора 19, с выхода которого напряжение поступает на конденсатор 20, и неинвертирующий вход ОУ 21, выход которого соединен с неинвертирующим входом ОУ 13. Резистор 19 и конденсатор 20 рассчитываются по формуле 1.

τ=RC

Зная напряжение, которое поступает с делителя 16, 17, и длительность импульсов коррекции при постоянной емкости конденсатора 20, равным 32 мкФ, определяем номинал резистора 19, исходя из значения напряжения, до которого мы будем заряжать емкость конденсатора 20. Таким образом, введение новых элементов, третьего ОУ, схемы коррекции дрейфа нуля, состоящей из четвертого и пятого ОУ, ключа, резистора и конденсатора, a также схемы анализатора нажатия на тензодатчик, состоящей из второго и третьего источника опорного напряжения, первого и второго компаратора, логических элементов И-НЕ, ИЛИ, И и таймера, позволяет повысить точность обработки сигнала с тезодатчика.

Источники информации

1. Пат. 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.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерительного преобразования сигнала с тензодатчика. Схема обработки сигнала с тензодатчика содержит источник опорного напряжения, АЦП, измерительный усилитель, схему коррекции дрейфа нуля, схему анализатора нажатия на тензодатчик. Схема обработки сигнала с тензодатчика позволяет осуществлять коррекцию смещения нуля измерительного усилителя в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов. 1 ил.

Схема обработки сигнала с тензодатчика, содержащая первый источник опорного напряжения, АЦП, измерительный усилитель, состоящий из первого и второго операционных усилителей (ОУ), два резистора, выполняющих роль плеча в мостовом включении с тензодатчиком, причем напряжение с первого источника опорного напряжения поступает на вход двух резисторов и на вход тензодатчика, напряжение с тензодатчика поступает на неинвертирующий вход первого ОУ, а напряжение с двух резисторов поступает на неинвертирующий вход второго ОУ измерительного усилителя (ИУ), отличающаяся тем, что введены третий ОУ в измерительный усилитель, схема коррекции дрейфа нуля, состоящая из четвертого и пятого ОУ, ключа, резистора и конденсатора, схема анализатора нажатия на тензодатчик, состоящая из второго и третьего источников опорного напряжения, первого и второго компараторов, логического элемента И-НЕ, логического элемента ИЛИ, логического элемента И и таймера, выходы первого и второго ОУ соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами третьего ОУ, выход третьего ОУ является выходом измерительного усилителя и соединен с аналоговым входом АЦП и инвертирующим входом компаратора, выполненного на четвертом ОУ, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, выход четвертого ОУ через ключ соединен со входом резистора, с выхода которого напряжение заряжает емкость конденсатора и поступает на неинвертирующий вход пятого ОУ, выход которого через резистор соединен с неинвертирующим входом третьего ОУ измерительного усилителя, напряжение со второго источника опорного напряжения поступает на неинвертирующий вход первого компаратора, а на инвертирующий вход первого компаратора поступает напряжение с выхода третьего ОУ измерительного усилителя, напряжение с третьего источника опорного напряжения поступает на инвертирующий вход второго компаратора, а на неинвертирующий вход второго компаратора поступает напряжение с выхода третьего ОУ измерительного усилителя, выходы первого и второго компараторов соединены со входами логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом логического элемента ИЛИ, на другой вход которого поступают импульсы коррекции дрейфа нуля, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом таймера, а выход логического элемента И соединен с управляющим входом ключа.