CS251405B1

CS251405B1 - Enable to suppress noise in the strain gauge output signal

Info

Publication number: CS251405B1
Application number: CS841379A
Authority: CS
Inventors: Petr Lebduska
Original assignee: Petr Lebduska
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1987-07-16
Also published as: CS137984A1

Abstract

Zapojení pro potlačení šumu ve výstupním signálu tenzometrického můstku napájeného střídavým napětím z oscilátoru přes /ělič kmitočtu, obsahující diferenční zesilovač, za nímž jsou zařazeny horní a dolní propust, přičemž mezi výstup horní propusti a vstup dolní propusti ja zařazen hřebenový filtr, přičemž hřebenový filtr je připojen k výstupům multiplexoru, jehož vstup je připojen na oscilátor.A circuit for suppressing noise in the output signal of a strain gauge bridge powered by alternating voltage from an oscillator via a frequency divider, comprising a differential amplifier followed by a high-pass and low-pass filter, wherein a comb filter is inserted between the high-pass output and the low-pass input, wherein the comb filter is connected to the outputs of a multiplexer, the input of which is connected to the oscillator.

Description

Vynález se týká zapojení pro zpracování signálu z tenzometrického můstku.The invention relates to a circuit for processing a signal from a strain gauge bridge.

Dosud známá zapojení pro zpracování signálu z tenzometrického můstku používají k omezení šumu jednak synchronních detektorů, které potlačují účinky šumu tím, že jsou periodicky aktivovány pouze ve vzorkovacích časových úsecích, odpovídajících průchodu budícího signálu maximální amplitudou, jednak kmitočtových filtrů označovaných též jako pásmové propusti.The prior art strain gauge bridge signal processing uses both synchronous detectors to reduce noise by suppressing the effects of noise by being periodically activated only at sampling times corresponding to the maximum signal amplitude passage, and by frequency filters also referred to as band pass filters.

Co nejmenší efektivní úrovně šumu ve výstupním signálu se zpravidla dosahuje tím, že se na výstup propouští co nejužší kmitočtové pásmo. Ovšem se zužováním šířky propouštěného pásma rostou značně nároky na stabilitu kmitočtového zdroje, který napájí tenzometrický můstek.The lowest effective noise level in the output signal is generally achieved by passing the narrowest frequency band possible. However, with narrowing of the bandwidth, the stability requirements of the frequency source supplying the strain gauge bridge increase considerably.

V důsledku tepelných změn snadno dochází buď k posunutí kmitočtu zdroje, který napájí tenzometrický můstek, anebo k posunutí pásma propustnosti kmitočtových filtrů; v důsledku toho dojde výstupní signál k vyhodnocovacímu zařízení nekontrolovatelně utlumený nebo neprojde přes kmitočtové filtry vůbec. Náprava tohoto stavu je možná jen precisním výběrem hodnot, tolerancí a tepelných vlastností elektronických konstrukčních elementů,jakož i použitím stabilních krystalových resonátorů, což neúnosně zvyšuje náklady na sériovou výrobu,Due to thermal changes, either the frequency of the source supplying the strain gauge bridge is easily shifted or the bandpass band of the frequency filters is shifted; as a result, the output signal to the evaluation device becomes uncontrollably attenuated or does not pass through the frequency filters at all. Remedying this state is only possible through the precise selection of values, tolerances and thermal properties of the electronic components, as well as the use of stable crystal resonators, which inconveniently increases the cost of mass production,

Úkolem vynálezu je dosáhnout · propouštěného pásma o šíři pouze několika Hz při pracovním kmitočtu tenzometrického můstku řádu kHz, a při tom použít běžného oscilátorů, osazeného spolu s kmitočtovými filtry součástkami běžných komerčních vlastností a tolerancí.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bandwidth of only a few Hz at an operating frequency of the kHz strain gauge bridge using conventional oscillators fitted with components of common commercial properties and tolerances along with frequency filters.

Vynález vychází ze známého zapojení tenzometrického můstku napájeného střídavým napětím z oscilátoru přes dělič kmitočtu, a obsahujícího diferenční zesilovač, za nímž výstupní signál prochází přes kmitočtové filtry k vyhodnocovacímu zařízení.The present invention is based on a known AC strain gauge bridge connected from an oscillator through a frequency divider, and comprising a differential amplifier, after which the output signal passes through frequency filters to an evaluation device.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že za diferenčním zesilovačem jsou do cesty výstupního signálu postupně zařazeny horní propust, hřebenový filtr a dolní propust, při čemž hřebenový filtr je připojen k výstupům z multiplexoru, jehož vstup je napojen na oscilátor pro napájení tenzometrického můstku.SUMMARY OF THE INVENTION High-pass filter, comb filter and low-pass filter are sequentially downstream of the differential amplifier, the comb filter being connected to the outputs of the multiplexer, the input of which is connected to an oscillator to power the strain gauge bridge.

251 405251 405

Hřebenový filtr tvořený odporem a skupinou kondensátorů spínaných v časové posloupnosti multiplexorem byl již používán ke zpracování signálu v televizní a radarové technice.The comb filter consisting of a resistor and a group of capacitors switched in time sequence by the multiplexer has already been used for signal processing in television and radar technology.

V tomto novém řešení je použít k podstatnému zúžení pásma, přičemž je využito jeho schopnosti automaticky sledovat změny kmitočtu řídicího signálu.In this new solution, it is used to substantially narrow the band, utilizing its ability to automatically monitor changes in the frequency of the control signal.

Účinek vynálezu se projevuje intensivním potlačením šumového spektra výstupního signálu včetně různých rušivých kmitočtů,jako důsledku,např. impulsní tyristorové regulace. Při změně kmitočtu elektrického napětí napájejícího tenzometrický můstek se souběžně mění i kmitočet signálu ovládajícího hřebenový filtr, který se tím samočinně doladí na nový kmitočet. Pokud není kmitočtová změna tak veliká, aby nový kmitočet vybočil až do pásma útlumu dolní či horní propusti, přenos signálu z tenzometrického můstku nabude narušen.The effect of the invention is manifested by the intensive suppression of the noise spectrum of the output signal including various interfering frequencies as a result, e.g. pulse thyristor control. When changing the frequency of the voltage supplying the strain gauge bridge, the frequency of the signal controlling the comb filter changes simultaneously, which automatically adjusts itself to the new frequency. If the frequency change is not large enough that the new frequency deviates to the low or high pass attenuation band, the signal transmission from the strain gauge bridge will be impaired.

Elektrická funkce bude dále popsána v souvislosti s připojenými výkresy. Ha obr. 1 je znázorněno blokové shhéma zapojení vynálezu, obr. 2 znázorňuje průběh útlumové charakteristiky horní propusti, obr. 3 představuje průběh útlumové charakteristiky dolní propusti, na obr. 4 je znázorněna závislost propustnosti hřebenového filtru na kmitočtu a na obr·. 5 je uvedena přenosová charakteristika celého filtračního řetězce.The electrical function will be described below with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows a block diagram of the circuit of the invention; Fig. 2 shows the attenuation characteristic of the high-pass filter; Fig. 3 shows the attenuation characteristic of the low-pass filter; 5 shows the transmission characteristic of the entire filter chain.

Základem zapojení je oscilátor 1, jehož signál se přivádí současně na vstup multiplexoru 6, který ovládá hřebenový filtr a do kmitočtového děliče 8. Výstupním signálem kmitočtového děliče 8 se napájí tenzometrický můstek 1_. Výstupní napětí zmíněného tenzometrického můstku se přivádí na vstupní svorky diferenčního zesilovače 2, za nímž se ze zesíleného signálu odstraní horní propustí 2 část rušivého napětí. Obr. 2 ukazuje, že horní propust je nastavena tak, aby pracovní kmitoče ^{1 f}M spolehlivě procházel pásmem propustnosti. Na všech grafech uvedených naThe basis of the connection is an oscillator 1, whose signal is applied simultaneously to the input of the multiplexer 6, which controls the comb filter and to the frequency divider 8. The output signal of the frequency divider 8 supplies the strain gauge bridge 7. The output voltage of said strain gauge bridge is applied to the input terminals of the differential amplifier 2, after which a part of the interference voltage is removed from the amplified signal by a high pass filter 2. Giant. 2 shows that the high pass filter is set so that the operating frequency of ^{1 f} M passes reliably through the band of passage. On all charts shown on

251 405 obr. 2 až 5 jsou uvedeny závislosti amplitudy A signálu' na kmitočtu f. Jak je ukázáno na obr. 3, je obdobné i dolní propust 5 nastavena tak, aby pracovní kmitočet f_M byl v propustném pásmu s dostatečnou rezervou. Propustná pásma horní propustí 3 a dolní propusti s® dost značně překrývají, což umožňuje nezkreslený přenos signálu i při průměrné kmitočtové stabilitě oscilátoru 7.2 to 5 show the dependence of the amplitude A of the signal on the frequency f. As shown in FIG. 3, a similar low pass filter 5 is set so that the operating frequency f _M is in the passband with sufficient margin. The pass-bands of the high-pass 3 and the low-pass s® overlap considerably enough, allowing undistorted signal transmission even at an average frequency stability of the oscillator 7.

Mezi horní propust 3 a dolní propust £ je vřazen hřebenový filtr 4, který je ovládán časovou posloupností spínacích impulsů z multiplexoru Protože kmitočty vstupních signálů multiplexoru 6 i tenzometrického můstku 1_ jsou odvozeny od téhož oscilátoru 7, zůstane zachována i jejich relativní změna při kmitočtové nestabilitě oscilátoru Pásmo propustnosti hřebenového filtru 4 bude tedy přesně sledovat změny kmitočtu výstupního signálu tenzometrického můstku 1.A comb filter 4 is inserted between the high-pass filter 3 and the low-pass filter 4, which is controlled by the time sequence of the switching pulses from the multiplexer. Thus, the bandpass filter band 4 will accurately monitor the variations in the output signal of the strain gauge bridge 1.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Noise suppression circuitry in the strain gauge bridge output signal supplied by an alternating voltage from an oscillator through a frequency divider comprising a differential amplifier, downstream and downstream, characterized in that between the high-pass (3) and the low-pass (55) inputs is a comb filter (4), the comb filter (4) being connected to the outputs of the multiplexer (6), the input of which is connected to the oscillator (7).