Тензометрическое устройство Советский патент 1993 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий.

Известно тензометрическое устройст- во, содержащее тензомост, источник питания, соединенный с ходом тензомоста. последовательно соединенные первый ключ и первый интегратор, второй ключ и второй интегратор, эналого-цифровой пре- образователь (АЦП) и блок управления, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей, второй выход соединен с вторыми входами первого и второго интеграторов, третий выход сое- динен с первым входом АЦП, а четвертый выход соединен с входом источника питания, вход первого ключа соединен с выходов тензомоста, вход второго ключа соединен с входом тензомоста, четыре бло- ка 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 соединен с выходом первого интегратора, выходы первого и второго блоков выборки-хранения, соответственно, соединены с первым и вторым входами четвертого ключа, выход которого 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 второго интегратора, выходы третьего и четвертого блоков выборки-хранения, соответственно, соединены с первым и вторым входами шестого ключа, выход которого соединен с третьим входом АЦП, а пятый выход блока управления соединен с вторыми входами третьего и пятого ключей и с третьими входами четвертого и шестого ключей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор.

В данном устройстве на погрешность измерения оказывает существенное впия- ние нестабильность коэффициента передачи тензомоста, которая, например, при использовании интегральных полупроводниковых тензопреобразователёй, соединенных по схеме моста, может составлять от Гдб 2% на каждые 10 С, а также нестабильность коэффициента передачи усилителя.

Целью изобретения является повышение точности за счет сглаживания шумов в информационном тракте..

Поставленная цель достигается тем, что тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор, снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, выполненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первого квадратора, первой линии задержки, первого блока умножения, второго сумматора, блока деления, второй линии задержки второго квадратора, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенных третьей линией задержки, второго блока умножения и третьего сумматора, выход которого соединен 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 импульсов соединен с вторым входом аналогия-цифрового преобразователя, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход первого квадратора соединен 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 которого соединен с вторым входом второго 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, выход 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 с входом регистратора.

Конструкция адаптивного фильтра позволяет сглаживать измерительные помехи, так как фильтр осуществляет подавление помех без использования информации о дисперсии входного шума (формирующего шума).

На чертеже представлена блок-схема тензометрического устройства .

Тензометрмческое устройство содержит последовательно соединенные тензомост 1, усили- тель 2. аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 и адаптивный фильтр 4. выполненный в виде последовательно соединенных первого сумматора 5, первого квадратора б,

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 соединен- ных 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 умножения, выход первого квадратора б соединен также со вторым входом блока 19 вычитания, выход второй линии Т задержки соединен также со вторым входом второго блока 14 умножения, выход третьей линии 13 задержки соединен также со вторым входом третьего сумматора 15, выход второго сумматора 9 соединен также со вторым входом четвертого сумматора 17, и со входом третьей ли.нии 13 зэдер- жки, выход четвертого сумматора 17 соединен также со вторым входом блока 10 деления, выход которого соединён 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 Ui(t), которое поступает на вход усилителя 2. На выходе усилителя 2 формируется напряжение UzW (t), где k - коэффициент усиления усилителя 2. С выхода усилителя 2 сигнал U2{t) 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 2k, представляющий собой истинный сигнал, искаженный помехой, поступает в первый сумматор 5, где из него вычитается сигнал, пропорциональный оценке Xk-t истинного сигнала, полученный на предыдущем такте измерения. На выходе первого сумматора 5 сигнал пропорционален обновляемой последовательности VK

IV Zk - Xk-1 (1) С выхода сумматора 5 сигнал поступает в квадратор б, где умножается сам на себя. На выходе квадратора 6 сигнал пропорцио- нален квадрату обновляемой последовательности vK2. Этот сигнал поступает в блок. . 19 вычитания и на первую линию 7 задержки, где задерживается на один такт работы устройства. С выхода первой линии 7 задёржки сигнал v«-i2 поступает в первый блок 8 умножения, где умножается на сигнал со второго квадратора 12, пропорциональный квадрату коэффициента усиления . С выхода первого блока 8 умножения сигнал

Kk-12 1V12 поступает во второй сумматор 9, где складывается с сигналом третьего сумматора 15. На выходе второго сумматора 9 сигнал пропорционален априорной дисперсии ошибки оценивания Pk/k-1.

Pk/M (1 - Kk-i) Pk-i/k-2 +

+ Kk-12 (ZkM - Zk-2)2(2) С выхода второго сумматора 9 сигнал поступает в четвертый сумматор 17, на третью линию 13 задержки и в блок 10 деления. В четвертом сумматоре 17 сигнал складывается с сигналом с одновибратора 16, пропорциональным дисперсии измерительного шума. На выходе четвертого сумматора 17 сигнал пропорционален сумме априорной дисперсии ошибки оценивания и дисперсии измерительного шума. Этот сигнал поступает во второй усилитель 18, где усиливается в у раз. а также на второй вход блока 10 деления. В блоке 10 деления происходит деление сигнала с выхода второго сумматора 9 на сигнал .с четвёртого сумматора 17. На выходе блока 10 деления сигнал пропорционален коэффициенту усиления фильтра Kk..

Р k/k- 1

.. Я

Этот сигнал поступает во вторую линию

11 задержки, где задерживается на один

такт работы устройства. Сигнал в третьей

линии 13 задержки задерживается на один такт и становится пропорционален Pk-i/k-2. Этот сигнал поступает на первый вход второго блока 14 умножения и на второй вход третьего сумматора 15. Во втором блоке 14

умножения сигнал со второй линии 11 задержки умножается на сигнал с третьей линии 13 задержки. На выходе второго блока 14 умножения сигнал пропорционален Kk-i Pk-i/fc 2. Этот сигнал поступает в третий

сумматор 15, где вычитается из сигнала с третьей линии 13 задержки. С выхода третьего сумматора 15 сигнал, пропорциональный (Pk-i/k-2 - Kk-1 Pk-l/k-2), поступает на второй вход второго сумматора 9. С выхода

второй линии 11 задержки сигнал также поступает во второй квадратор 12, где умножается сам на себя (Kk-1 ). и далее поступает на второй вход первого блока 8 умножения, С выхода второго усилителя 18 сигнал, пропорциональный у (Pk/k-1 + г), поступает в блок 19 вычитания, где вычитается из сигнала с первого квадратора 6, пропорционального ъ2.

Vk2 y(Pk/k-1 + Г).

(4)

Если сигнал с выхода блока 19 вычитания превышает нулевой уровень, заданный компаратором 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 Kk.

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 KkVk поступает в пятый сумматор 23. На второй вход пятого сумматора 23 Поступает сигнал с четвертой линии 24 задержки, пропорциональный M-I. На выходе пятого сумматора 23 ск;нэл прбпор- циояален оценке информационного смгна- ла Xk rt

Xk Xk-i + KkVk(5) Этот сигнал поступает в регистратор 25 и е 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 по- воляет осуществить субоптимальное сглаживание случайной измерительной помехи, обусловленной нестабильностью коэффициента передачи тензомоста 1. Адаптивная подстройка фильтра осуществляется автоматически. Дисперсия входного шума определяется посредством использования измерений Zk.

Таким образом, по сравнению с прототипом, данное тензометрическое устройство позволяет получить более достоверную информацию. Измеряемая информация искажена шумами. В предложенном устройстве за счет адаптивного фильтра шумы сглаживаются, тем самым существенно повышается точность тензометрического устройства,

Ф..о р м у л а изобретения

Тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тен- зомост, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и регистратор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено генератором тактовых импульсов и адаптивным фильтром, вы- полненным в виде последовательно соединенных первого сумматора, первого

квадратора, 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 соединён с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенных одновибратора, четвертого Сумматора, второго усилителя, блока вычитания, компаратора, коммутатора, третьего блока утлножения, пятого сумматора и четвертой линии задержки, выход генератора тактовых импульсов

соединен с вторым входом аналого-цифро- вого преобразователя, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход первого квадратора соединен 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, выход 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 с

входом регистратора.

Изобретение относится к измерйтёль- ной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий. Целью изобретения является повышение 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, удовлетворяющего 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. чэ I S ел С