ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР Российский патент 2010 года по МПК H03H17/02 

Изобретение относится к цифровой технике обработки сигналов и может быть преимущественно использовано в тензометрических весах для фильтрации («отстройки» от колебаний) результатов измерения веса, значения величин которого выражены цифровым кодом.

Известен фильтр-стабилизатор переменного напряжения (RU 2094935, МКИ 6 Н02М 1/15, G05F 1/14), содержащий дроссель и регулирующий блок. Устройство предлагается для работы в цепях электропитания, имеет сложную конструкцию и не предназначено для прецизионного «выглаживания» маломощного сигнала в микровольтовом диапазоне.

Известен активный фильтр переменной составляющей выпрямленного тока (RU 2189103, МКИ 7 Н02М 1/15), содержащий последовательно соединенные транзисторный усилитель тока и однофазный трансформатор. Устройство предлагается для работы в мощных цепях электропитания и также не предназначено для прецизионного «выглаживания» маломощного сигнала в микровольтовом диапазоне.

Известен фильтр для подавления помех в цепях питания больших цифровых интегральных схем (RU 2231899, МКИ 7 Н02М 1/14), содержащий несколько RiCi звеньев и цепочку дросселей. Устройство предлагается для работы в мегагерцевом диапазоне частот и не предназначено для прецизионного «выглаживания» сигнала в диапазоне частот: «доли герц - единицы герц».

Известен транзисторный фильтр (SU 1515282, МКИ Н02М 1/15), содержащий определенным образом соединенные биполярные транзисторы, электрическую лампочку, конденсатор, резисторы. «Выглаживание» выходного сигнала в этом устройстве обеспечивается за счет того, что: а) при изменении нагрузки выходное напряжение не изменяется, поскольку фильтр имеет «нулевое» выходное сопротивление; б) входные колебания, поступающие на входную клемму задающего резистивного делителя, повторяются эммитерным повторителем на выходной клемме этого делителя, что обеспечивает постоянство тока через этот делитель. Однако это устройство предназначено для работы в установившемся режиме и в переходных процессах теряет работоспособность.

Известен цифровой фильтр (RU 2024183, МКИ 5 Н03Н 17/04), содержащий различные запоминающие устройства, адресные счетчики, умножитель - накопитель. Это устройство не предназначено для выполнения задачи фильтрации низкочастотных колебаний, поступающих, например, с тензометрического весового устройства.

Известен цифровой фильтр (RU 2197775, МКИ 7 Н03Н 17/02), содержащий различные вычислительные и специальные функциональные блоки, коммутатор, генератор эталонных функций. Данный фильтр предназначен для обработки результатов измерения физической величины и работающий в условиях широкого диапазона видов функций физического параметра и нечетком знании вида искажений. Однако это устройство не предназначено для выполнения задачи фильтрации низкочастотных колебаний микровольтового диапазона неизвестной частоты и амплитуды.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является цифровой фильтр (RU 2187883, МКИ 7 Н03Н 17/02), содержащий входную и выходную шины, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, цифровой компаратор, адресный счетчик, RS триггер, первую и вторую логическую схему И, схему НЕ, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен со входной шиной, а его выход - со входом цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом первой схемы И, первый вход второй схемы И соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

Это устройство выбирается в качестве прототипа. Общим является функциональное назначение, использование некоторых одинаковых элементов и совпадение отдельных связей между использованными элементами.

В прототипе (на фиг.1 прототипа) заявляемому устройству соответствуют: входная шина 1, выходная шина 8, аналого-цифровой преобразователь 2, генератор 9 (тактовых импульсов), цифровой компаратор 4, счетчик 14 (адресный), триггер 16 (первый), 6 - первая логическая схема И, 10 - вторая логическая схема И, 12 - схема НЕ.

Однако это устройство также не предназначено для фильтрации низкочастотных колебаний, поступающих, например, с тензометрического весового устройства.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение быстрой фильтрации затухающих свободных колебаний низкой и инфранизкой частоты в условиях неизвестных величин частоты, амплитуды и затухания этих колебаний, возникающих в переходном режиме.

Эта задача решается следующим образом.

В известном цифровом фильтре, содержащем входную и выходную шины, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, цифровой компаратор, адресный счетчик, RS триггер, первую и вторую логическую схему И, схему НЕ, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен со входной шиной, а его выход - со входом цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом первой схемы И, первый вход второй схемы И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ дополнительно введены второй, третий и четвертый цифровые компараторы, дифференцирующее устройство, первый и второй коммутатор, вычислительное устройство - определитель величины полупериода, устройство выборки, первое и второе запоминающее устройство, второй RS триггер, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого коммутатора и входом дифференцирующего устройства, выход которого соединен с первым входом второго цифрового компаратора, выход которого соединен со вторым входом второй схемы И и входом схемы НЕ, выход которой соединен со вторым входом первой схемы И, выход которой соединен со входом установки первого RS триггера, третий вход второй схемы И соединен с выходом первого цифрового компаратора, а выход ее соединен со входом адресного счетчика и с управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом первого запоминающего устройства, адресная часть которого соединена с выходом адресного счетчика, а выход - со входом третьего цифрового компаратора, первым входом вычислительного устройства и первым входом устройства выборки, второй вход которого соединен с выходом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с выходом третьего цифрового компаратора, первый и второй выходы устройства выборки соединены соответственно со вторым входом первого запоминающего устройства и входом второго запоминающего устройства, первый выход которого соединен со входом четвертого цифрового компаратора, выход которого соединен со входом установки второго RS триггера и управляющим входом второго коммутатора, информационный вход которого соединен со вторым выходом второго запоминающего устройства, а выход - с выходной шиной фильтра.

Введенные элементы и связи обеспечивают возможность быстрой фильтрации низкочастотных затухающих колебаний заранее неизвестной частоты и амплитуды; колебаний практически всегда возникающих при переходе тензометрических весов из состояния «не нагружены» в состояние «нагружены».

На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства.

На фиг.2 приведен график затухающих свободных колебаний, поступающих на вход цифрового фильтра.

Цифровой фильтр предназначен для использования в тензометрических весах для фильтрации («отстройки» от колебаний) результатов измерения веса, значения величин которого выражены цифровым кодом.

Тензометрическое весовое (или силоизмерительное) устройство электрически обычно представляет мостовую схему, состоящую из четырех тензорезисторов. На одну диагональ моста подается небольшое (обычно постоянное) напряжение (6…20 В), а с другой диагонали снимается напряжение, пропорциональное удлинению или сжатию тензорезисторов. В свою очередь, это удлинение или сжатие пропорционально силе, которая удлиняет или сжимает тензорезисторы. Величина такого удлинения/сжатия (выраженная в Омах) составляет тысячные доли от номинала тензорезистора, но мостовая схема позволяет существенным образом скомпенсировать «тепловые помехи» и нейтрализовать помехи по цепи питания. Поэтому маленький (десятки мВ при полной нагрузке) выходной сигнал помех почти не содержит. Этот сигнал поступает на вход прецизионного дифференциального усилителя, где усиливается до величины порядка 2-х вольт. Этот усиленный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, с выхода которого он может быть записан в запоминающее устройство. Затем, после обработки (например, вычисления среднего значения), он поступает на выход измерителя.

Тензометрический мост определенным образом встраивается в прочную стальную механическую конструкцию, образуя тензоячейку (тензодатчик, весовую ячейку, мессдозу). Последние имеют разнообразную конструкцию, определяемую номиналом нагрузки и тем, на какую деформацию (сжатие, растяжение, изгиб) они рассчитаны. Но в любом случае величина допустимой деформации лежит в пределах закона Гука, т.е. после исчезновения нагрузки «механика» возвращается в исходное состояние. Сами весы также имеют разнообразные конструкции, но все их можно свести к двум типам. Платформенные: груз размещается на платформе, которая лежит или подвешена (на четырех или трех точках), в этом случае используется четыре (или три) тензодатчика. Т.е. вес распределяется на несколько тензодатчиков. Тензодатчики используют одинаковые: для унификации и для того, чтобы обеспечить независимость показаний весов от положения груза на платформе. Обычно сигналы со всех тензодатчиков суммируются самым непосредственным образом: гальваническим соединением проводов, по которым этот сигнал выдается, а на обработку выдается уже суммарный сигнал. Варианты платформенных весов: автомобильные, бункерные, вагонные, рольганговые. Крановые весы: стараются использовать всего один тензодатчик, поскольку груз, вес которого измеряют, висит на этом тензодатчике, и сила веса не распределена, а теоретически приложена к одной точке.

Аналоговый сигнал, вырабатываемый тензодатчиком, непосредственно в тензодатчике никакой обработке не подвергается. Нет для этого аппаратуры, поскольку, кроме пассивного тензомоста, в тензоячейке ничего не размещают. Такая простота «электроники» позволяет получить широкий температурный диапазон работы тензоячеек, и вообще обеспечить их надежную работу в тяжелых условиях. Поскольку с тензомоста постоянно идет необработанный сигнал, то в этом сигнале, кроме полезной информации (величины веса), присутствуют и неизбежные помехи. Помеха, присутствующая практически всегда, обусловлена тем, что имеется переходный процесс от состояния «ненагруженные весы» - «нагруженные весы». Для примера рассмотрим как происходит, допустим, в реальных производственных условиях работа рольганг весов (Рольганг весы представляют секцию рольганга, опирающуюся на тензодатчики. Вариант таких весов описан, например, в патенте RU №22772231 «Устройство для взвешивания проката»). Заготовка, вес которой необходимо определить, катится по рольгангу и останавливается на рольганг весах, производится взвешивание и затем заготовка катится далее. В то время, когда заготовка наезжает на рольганг весы, почти всегда имеются удары, обусловленные тем, что заготовка бьет по верхней части роликов (из-за того, что она неидеальной формы); при остановке заготовки имеется еще и толчок весов в направлении движения заготовки (инерция), да и само нагружение весов происходит быстро (чтобы весы не создавали затора на рольганге, скорость заготовки в районе весов сильно не уменьшают). Из-за перечисленных причин сразу после нагружения весы колеблются.

Конструктивно всегда стараются сделать так, чтобы обеспечить свободный ход весов в вертикальном направлении, т.к. если что-то будет мешать такому свободному ходу, то это приведет к недопустимым погрешностям измерения веса. В других направлениях ход (перемещения) стараются ограничить, поскольку желательно обеспечить постоянство расположения весовой платформы на тензодатчиках, да и вообще предотвратить ситуацию, при которой весовая платформа может «съехать» с датчиков. Т.е. колебания имеются в основном в вертикальном направлении - т.е. в том направлении, в котором действует и измеряемая сила веса. Эти колебания во время измерения искажают исходный сигнал, поэтому принимаются меры по предотвращению колебаний и по нейтрализации их влияния. Колебания механически гасят, например, применением эластомеров: специальных «прокладок» из жесткого резиноподобного материала, которые устанавливаются в тракт передачи силы веса. Совсем исключить колебания при этом не удается, но затухают они в этом случае намного быстрей. Но эластомерные приспособления имеются далеко не для всех типов тензодатчиков, да и применение эластомеров усложняет проблемы, возникающие из-за негоризонтальности платформы, обусловленной относительно большой и неравномерной «просадкой» эластомеров под нагрузкой (Эластомер под нагрузкой может «сплющиться», например, на 10 мм, в то время как сам тензодатчик «прогнется» всего на 0,1 мм). Кроме «механической» борьбы с паразитными колебаниями, применяются и другие. Например, в электронных весоизмерительных модулях фирмы «Siemens» (Siwarex U, Siwarex M и др.) используется фильтр среднего значения (из 32 выборок) и степенной фильтр, которые включаются последовательно один за другим. Обработке (фильтрации) подвергается не входной аналоговый сигнал, а цифровой код, который получился после аналого-цифрового преобразования. Применение фильтров позволяет не реагировать на случайные выбросы и «выгладить» сигнал. Но, в принципе, быстродействие при этом снижается, т.к. «выглаживать» можно только большое количество выборок (значений) сигнала, для получения каждой из которых требуется вполне определенное время.

Относительно самих колебаний можно сказать следующее. Диапазон частот: доли герц - единицы герц (т.е. очень низкие частоты), колебания свободные, т.к. ход весов в вертикальном направлении не затрудняют (т.е. колебания - синусоидальные), затухающие, величина затухания и амплитуды колебаний неизвестны. Перечисленные параметры каким-то образом зависят от конструкции весов, измеряемого веса, динамики переходного процесса, состояния смазки в шарнирах и многих других характеристик. Ориентировочно величину допустимых колебаний можно оценить следующим образом. Допустим амплитуда выходного сигнала с тензоячеек 25 мВ, а измеряемый диапазон 8-25 мВ. Весы должны иметь погрешность не более 0,1% во всем диапазоне измерения. Погрешность, обусловленная только колебаниями, не должна превышать, допустим, половину указанной погрешности, т.е. 0,05%. Тогда амплитуда колебаний с выхода тензодатчиков не должна превышать (8 мВ × 0,0005)=4 мкВ - очень маленькую величину.

Выходное сопротивление тензодатчиков обычно лежит в диапазоне сотни Ом - единицы килоОм. Если попытаться «выгладить» исходный аналоговый сигнал, организовав интегрирующую цепочку включением электрической емкости на выход тензодатчиков, то величина такой емкости получается порядка тысяч микрофарад (сигнал то низкочастотный и постоянная времени цепочки должна быть порядка секунд). Т.е. это очень «солидная» емкость. (А это - большие размеры и ощутимые дополнительные затраты на приобретение и встройку). Причем такая емкость не только «выгладит» колебания, но и «завалит» нарастание основного сигнала, т.е. произойдет уменьшение быстродействия весов. Кроме того, эта большая емкость должна иметь чрезвычайно малый (практически нереальный) уровень собственных «шумов», т.к. эти «шумы» напрямую искажают выходной сигнал. Например, изменение тока утечки емкости даже на 5 нА (5×10^-9 А), создаст на выходном сопротивлении 1 кОм падение напряжения в 5 мкВ, что для вышеприведенного примера уже превышает допустимый предел. По указанным причинам и не используют фильтры в тракте передачи исходного аналогового сигнала.

Цифровой фильтр для тензометрического весового устройства содержит входную 1 и выходную 2 шины, аналого-цифровой преобразователь 3, генератор 4 тактовых импульсов, цифровой компаратор 5, адресный счетчик 6, первый RS триггер 7, первую 8 и вторую 9 логическую схему И, схему 10 НЕ, второй 11, третий 12 и четвертый 13 цифровые компараторы, дифференцирующее устройство 14, первый 15 и второй 16 коммутатор, вычислительное устройство 17 - определитель величины полупериода, устройство 18 выборки, первое 19 и второе 20 запоминающее устройство, второй RS триггер 21.

Устройство работает следующим образом. Входной аналоговый сигнал поступает по шине 1 на вход аналого-цифрового преобразователя 3, выход которого поступает на вход цифрового компаратора 5, на другой вход которого поступает извне величина П1 веса, при превышении которой на выходе компаратора 5 появляется разрешающий сигнал (логическая единица). Величина П1 поступает или из системы автоматизации, частью которой являются весы, или задается вручную - оператором, исходя из ориентировочной оценки веса (Например, теоретический вес заготовок рассчитывается по простым формулам и, как правило, известен. Теоретический вес рассчитывается, естественно, с погрешностью, но такая погрешность, как правило, не превышает 10%, а для заготовок простой формы - и 5%). Т.е. если теоретический вес заготовки определен с погрешностью 10% и составляет 5 т, то величина П1 должна быть задана 4,5 т (5-5×0,1). Задание порога П1 позволяет не записывать для последующего анализа большое количество лишней информации. Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает также на вход дифференцирующего устройства 14, где определяется скорость изменения этого сигнала. Большая скорость возможна при аномально сильных ударах, при которых нарушается свободный ход весов (например, за счет того, что платформа «села» на механические ограничители, защищающие тензодатчики от недопустимой нагрузки). Величина скорости изменения сигнала с выхода дифференцирующего устройства 14 сравнивается на цифровом компараторе 11 с порогом П2, который также поступает извне (или задается вручную оператором). Если на выходе компаратора 11 имеется логический ноль (т.е. скорость нарастания нагрузки превышает заданный предел), то на выходе схемы (10) НЕ имеется логическая единица. Две единицы дадут на выходе схемы (8) И единицу, которая установит RS триггер 7, на выходе которого появляется сигнал «Сбой 1», показывающий, что при эксплуатации весов имел место удар недопустимой величины. Если величина скорости не превышает порога П2, то на выходе цифрового компаратора 11 появляется разрешающий сигнал (логическая единица). Две логические единицы на входе схемы И (9), разрешают поступление на ее выход тактовых сигналов с генератора 4. Тактовые сигналы с выхода схемы И поступают на управляющий вход коммутатора 15 и адресного счетчика 6. Начинается последовательная запись через коммутатор 15 в запоминающее устройство 19 информации, поступающей с выхода аналого-цифрового преобразователя. Начало записи условно обозначено буквой Н на фиг.2. Частота тактового генератора определяется максимальной частотой колебаний, поступающих с тензодатчика и тем, с каким разрешением работает аналого-цифровой преобразователь. Если, например, максимальная частота колебаний 10 Гц, аналого-цифровой преобразователь квантует входную величину на 65 535 дискрет (16 двоичных разрядов), и размах колебаний (расстояние между точками М1 и М2 на фиг.2) не превышает 10% от диапазона, то частота генератора может быть не выше 65, 5 кГц. Информация, записанная в запоминающее устройство 19, поступает на вход цифрового компаратора 12, который сравнивает два соседних значения и определяет координату точки М1 (фиг.2). Эта точка отличается тем, что до нее значения величины росли, а после нее стали падать (производная в этой точке равна нулю). Координата этой точки на оси времени обозначена цифрой 3. (Координата/ордината/ определяется адресом, временное расстояние между двумя соседними адресами: продолжительность одного периода тактового генератора). Ордината точки М1 записывается в вычислительное устройство 17. Далее продолжается запись в устройство 19 и чтение из него в компаратор 12 и определяется ордината точки М2. Эта точка отличается тем, что до нее значения величины падали, а после нее стали расти (производная в этой точке равна нулю). Координата этой точки на оси времени обозначена цифрой 6. Расстояние по оси ординат (время) между точками М1 и М2 приблизительно равно полупериоду колебаний. Приблизительность обусловлена тем, что за счет наличия затухания вершина синусоиды несколько смещается (влево по оси времени), чем больше затухание, тем больше такое смещение. Определитель 17 величины полупериода по координатам точек М1 (3) и М2 (6) определяет точку 4 (временной отрезок 3-6 делится пополам). Ордината (адрес) точки 4 подается в устройство 18 выборки. Устройство выборки обращается к устройству 17 и по адресу точки 4 определяет ее значение (оно обозначено буквой В на фиг.2). По значению В устройство выборки находит в запоминающем устройстве 19 точку А (эти точки имеют одно и то же значение) и определяет координату (адрес) точки А, (обозначено 2 на фиг.2). По значению В устройство выборки находит точку С (эти точки имеют одно и то же значение). Координата точки С лежит после координаты точки М2. Определяется координата (адрес) точки С, (обозначено 8 на фиг.2). По ординатам точек 2,4,8 вычислительное устройство 17 определяет величину Т1 и величину Т2. Затем устройство 17 вычитает из величины Т2 величину Т1. Полученную разность устройство 17 делит пополам и определяет величину ДТ (фиг.2), затем к известной ординате 4 добавляется величина ДТ и определяется ордината точки 5. Эта координата передается в устройство 18 и по этой ординате (адресу) определяется значение величины точки 5. Далее повторяется те же операции, которые были до этого. По величине точки 5 отыскивается в устройстве 19 точка 1, имеющая такое же значение, и определяется ее координата на оси времени (т.е. адрес). Аналогично отыскивается и точка 7. По величине временных координат находится величина отрезка 1-5 и величина отрезка 5-7. Если эти отрезки получились одинаковыми (разница между ними не превышает 1-2 периодов тактового генератора), то точки 1, 5, 7 лежат на той прямой, около которой и происходят колебания и значения абсцисс этих точек соответствует весу. Если отрезки получились неодинаковыми (например, из за сильного затухания величина AT сильно не равна половине разности между Т2 и Т1), то производится еще одна итерация. Только вместо Т2 берется величина 5-7, а вместо Т1 берется величина 1-5, а операции с ними производятся те же самые, что и первый раз. Если и на этот раз не удалось найти три точки, имеющие одинаковое значение абсцисс, и при этом средняя точка делит пополам отрезок, образованный ординатами крайних точек, то делается вывод о том, что колебания несвободные (частота колебаний не постоянная). Вывод об этом делается следующим образом. Вычисленные координаты трех точек поступают в запоминающее устройство 20. Ординаты этих точек поступают в компаратор 13, который сравнивает величину отрезков 1-5 и 1-7. Если эти величины не равны, то на выходе компаратора 13 имеется логический ноль, устанавливающий второй RS триггер, на выходе которого появляется сигнал «Сбой 2», показывающий, что имеются нарушения в свободном ходе весов. Если величины отрезков 1-5 и 1-7 равны друг другу, то на выходе компаратора 13 появляется разрешающий сигнал, поступающий на управляющий вход коммутатора 16. На информационный вход коммутатора 16 из запоминающего устройства 20 поступает величина абсцисс точек 1, 5, 7 (а это - величина веса), которая передается на выход (2) фильтра.

Используя предлагаемый фильтр, при нормальной работе весов (а это, естественно, основной режим работы) можно определить величину веса, не дожидаясь окончания колебаний. Выделенное (определенное путем несложных операций) значение абсцисс точек 1, 5, 7 соответствуют величине, которой закончится колебательный процесс, т.е. соответствует величине веса. Таким образом, предлагаемый фильтр может существенно повысить быстродействие весов, поскольку в данном случае можно не ждать когда весы будут успокоены. А это - минимум несколько секунд (обычно порядка 5-10) после того, как произошло нагружение весов. Следует особо отметить то обстоятельство, что «не мгновенное» быстродействие самого фильтра не играет в данном случае сколько-нибудь заметной роли. Задержка в получении результата, обусловленная временем, затраченным на работу самого фильтра, не превышает нескольких микросекунд. Для получения результата необходимо «профильтровать» хотя бы один период колебаний, измеряемый секундами. Т.е. скорость работы самого фильтра в сотни тысяч - миллион(ы) раз выше, чем скорость обрабатываемого фильтром процесса. Следовательно, можно считать, что результат на выходе появляется практически без задержки, обусловленной работой самого фильтра.

Наличие двух триггеров (7 и 21) позволяет повысить помехозащищенность фильтра и организовать диагностику работы весов. Помехозащищенность фильтра повышается вследствие следующих факторов. Первое: не производится запись сигналов в том случае, если имел место удар недопустимой силы (при этом, скорее всего, нарушились свободные колебания и могли уйти за допуски параметры тензодатчиков). Второе: контролируется (и фиксируется триггером 21) ситуация нарушения свободных колебаний. При этом недостоверная информация на выход фильтра не передается. Нарушение свободных колебаний для платформенных весов может быть обусловлено тем, что платформа несколько «съехала» в сторону и начала задевать боковые ограничители, или стали «заедать» шарнирные соединения. Т.е. сигналы с выходов триггеров могут использоваться для диагностики работы весов. Известен «Способ измерения веса проката» (патент RU №2277230), при котором осуществляется диагностика работы весового оборудования. Однако реализуемые в данном фильтре диагностические процедуры не повторяют те, которые используются в вышеназванном известном способе. Это другие действия, причем более «тонкие». Что может служить дополнительным подтверждением новизны заявляемого устройства. Сигналы с триггеров поступают на пульт оператора того технологического участка, в состав которого входит весовое устройство. Обнуление триггеров осуществляется оператором кнопкой «сброс» (кнопка на фиг.1 не показана). При этом факт выдачи предупредительного сигнала и его сброса будет зафиксирован в электронном протоколе работы оборудования (С целью контроля производства и повышения ответственности работников за свои производственные действия).

Для проверки работы заявляемого устройства был собран и испытан его электронный макет. Использовался весоизмерительный модуль «Siwarex U» (Siemens), электронные модули контроллера Simatic S7 - 300 (Siemens), персональный компьютер, программное обеспечение Step 7 (Siemens). Макет показал свою полную работоспособность. Единственное, что не удалось: получить высокую точность при определении веса за счет «фильтрации» колебаний. Но это связано только с тем, что выдача значений веса с примененного весового модуля идет с частотой 50 Гц (через 20 мс). При частоте входных колебаний, например, 5 Гц на один период этих колебаний приходится всего 10 выборок, что мало для того, чтобы (без привлечения каких то особых сложных математических расчетов) точно определить положение вершин полупериодов синусоиды. «Чистое» же математическое моделирование работы предлагаемого фильтра (с высокой частотой выборки исходного сигнала) показало, что не возникает никаких особых проблем с точной «фильтрацией» и точным (±0,1%) нахождением значения веса по первому периоду колебаний. Т.е. оптимальная реализация предлагаемого фильтра может быть такой. Многоразрядный АЦП (3), тактовый генератор (4), адресный счетчик (6), коммутатор (15), запоминающее устройство (19), реализуются отдельным электронным блоком, а остальные элементы структуры прелагаемого фильтра могут быть реализованы на универсальном программируемом контроллере.

Устройство позволяет обрабатывать (фильтровать) низкочастотные колебания априори неизвестной частоты и амплитуды. Возможно определения величины веса по первому периоду поступивших на фильтр анализируемых (фильтруемых) колебаний. Это позволяет определить величину веса, не дожидаясь окончания колебательного процесса, практически всегда возникающего при переходе из состояния «ненагруженные весы» в состояние «нагруженные весы». Что, в свою очередь, позволяет существенно повысить быстродействие весоизмерительного устройства.

Устройство имеет высокую помехозащищенность, обусловленную тем, что им обнаруживается «механически неправильная» работа весов и блокируется выдача информации, полученной при такой неправильной работе. Сигналы о том, что обнаружена «механически неправильная» работа весов, фиксируются и выдаются персоналу, эксплуатирующему весовое оборудование.

Изобретение относится к цифровой технике обработки сигналов и может быть использовано для фильтрации результатов измерения веса, значения величин которого выражены цифровым кодом. Технический результат - повышение помехозащищенности и быстродействия. Устройство позволяет обрабатывать (фильтровать) низкочастотные колебания априори неизвестной частоты и амплитуды. Возможно определения величины веса по первому периоду поступивших на фильтр анализируемых (фильтруемых) колебаний. Это позволяет определить величину веса, не дожидаясь окончания колебательного процесса, практически всегда возникающего при переходе из состояния «ненагруженные весы» в состояние «нагруженные весы». Что, в свою очередь, позволяет существенно повысить быстродействие весоизмерительного устройства. 2 ил.

Цифровой фильтр преимущественно для тензометрического весового устройства, содержащий входную и выходную шины, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, цифровой компаратор, адресный счетчик, RS-триггер, первую и вторую логические схемы И, схему НЕ, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен со входной шиной, а его выход - со входом цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом первой схемы И, первый вход второй схемы И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что дополнительно введены второй, третий и четвертый цифровые компараторы, дифференцирующее устройство, первый и второй коммутаторы, вычислительное устройство - определитель величины полупериода, устройство выборки, первое и второе запоминающие устройства, второй RS-триггер, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого коммутатора и входом дифференцирующего устройства, выход которого соединен с первым входом второго цифрового компаратора, выход которого соединен со вторым входом второй схемы И и входом схемы НЕ, выход которой соединен со вторым входом первой схемы И, выход которой соединен со входом установки первого RS-триггера, третий вход второй схемы И соединен с выходом первого цифрового компаратора, а выход ее соединен со входом адресного счетчика и с управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом первого запоминающего устройства, адресная часть которого соединена с выходом адресного счетчика, а выход - со входом третьего цифрового компаратора, первым входом вычислительного устройства и первым входом устройства выборки, второй вход которого соединен с выходом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с выходом третьего цифрового компаратора, первый и второй выходы устройства выборки соединены соответственно со вторым входом первого запоминающего устройства и входом второго запоминающего устройства, первый выход которого соединен со входом четвертого цифрового компаратора, выход которого соединен со входом установки второго RS-триггера и управляющим входом второго коммутатора, информационный вход которого соединен со вторым выходом второго запоминающего устройства, а выход - с выходной шиной фильтра.