Устройство для ввода аналоговых сигналов с коррекцией смещения нуля

Изобретение относится к области измерений сигналов с постоянной составляющей, в том числе для учета электрической энергии. Техническим результатом является повышение точности измерения сигналов с постоянной составляющей. Целью изобретения является обеспечение высокой точности измерения электрических сигналов с постоянной составляющей для учета электрической энергии и в других областях, связанных с измерением сигналов с постоянной составляющей. Указанная цель достигается применением схемы коррекции смещения нуля в реальном масштабе времени, основанной на использовании двухканального АЦП и системы аналоговых электронных ключей, управляемых процессором, осуществляющим ввод данных с многоканального АЦП. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам aналого-цифрового преобразования.

Наиболее близкими к заявленному устройству является Схема обработки сигнала с тензодатчика. Патент на изобретение №2265229, 14.10.2003, содержащая источник опорною напряжения, АЦП, измерительный усилитель, схему коррекции дрейфа нуля, схему анализа нажатия на тензодатчик. С целью повышения точности измерений устройство содержит аналоговую схему коррекции смещения нуля, обеспечивающую корректировку дрейфа нуля измерительного усилителя. Процесс измерения ошибки смещения нуля запускается схемой анализа нажатия на тензодатчик при отсутствии нажатия. Полученное значение напряжения смещения запоминается на конденсаторах в виде уровня напряжения и при нажатии на тензодатчик вычитается из измеряемого сигнала в измерительном усилителе.

Основные недостатки устройства следующие:

- невозможность работы с непрерывными сигналами ввиду необходимости периодической подачи на измерительный вход сигнала нулевого уровня для вычисления ошибки смещения вместо измеряемого сигнала;

- коррекция смещения производится только для измерительного усилителя и не производит соответствующей корректировки аналоговых цепей АЦП;

- схема корректировки смещения является аналоговой и вносит свою ошибку смещения нуля.

Целью изобретения является снижение погрешности аналого-цифрового преобразования непрерывного сигнала с постоянной составляющей за счет проведения калибровки смещения нуля в реальном времени.

Указанная цель достигается применением двухканального или многоканального АЦП с дифференциальными входами в составе аппаратно-программной измерительной системы, работающих синхронно, в том числе конвейерного и сигма-дельта типов. В состав устройства входят также набор дополнительных электронных аналоговых ключей, управляемых процессором, и управляющий процессор. При этом оба канала АЦП через электронные ключи подключены к одному источнику сигнала.

Устройство имеет два основных рабочих цикла. В первом цикле ввод данных осуществляется вторым каналом АЦП. Первый канал АЦП отключается от входного сигнала разомкнутыми входными ключами, и его дифференциальные входы оказываются замкнутыми между собой шунтирующим ключом, чем достигается нулевой уровень на входе АЦП благодаря равенству потенциалов на прямом и инверсном входах. Процессор ждет, пока данные на выходе первого канала АЦП не установятся, затем производит измерение смещения нуля первого канала и полученное значение сохраняет в памяти для дальнейшего использования при программной корректировке ошибки смещения при измерении полезного сигнала. При этом второй канал АЦП производит непрерывный ввод данных. После получения значения смещения нуля размыкается шунтирующий ключ, а через замкнутые входные ключи на первый канал начинает поступать полезный сигнал. Спустя время восстановления данных АЦП первого канала устройство переходит ко второму циклу и процессор возобновляет ввод данных с первого канала, а во втором канале аналогичным образом производится измерение ошибки смещения,

На чертеже представлена структурная схема устройства. Входной дифференциальный сигнал поступает на входы 1 и 2. Электронные аналоговые ключи 3, 4, 7 и 8 управляются от процессора по линиям 5, 6, 9 и 10 соответственно. Линии 11, 12 и 13, 14 подключены к дифференциальным входам первого и второго каналов АЦП 15. АЦП связан цифровым интерфейсом 16 с процессором 17 для передачи преобразованных в цифровую форму входных аналоговых данных.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый дифференциальный сигнал поступает на входы 1 и 2 и в режиме измерения проходит через замкнутые ключи на входы 11 и 12 первого канала АЦП и на входы 13 и 14 второго канала АЦП.

Во время первого цикла производится измерение смещения нуля первого канала. Ключ 3 размыкается, отключая вход АЦП от источника сигнала, а ключ 7 замыкается, обеспечивая нулевой уровень сигнала на входе АЦП. Спустя время, необходимое для установления действительных данных на выходе первого канала АЦП, которое определяется типом применяемого АЦП, процессор считывает данные и сохраняет их в памяти как ошибку смещения нуля, которая будет использована для коррекции смещения входного сигнала в режиме измерения первым каналом. Далее ключ 7 размыкается, а ключ 3 замыкается, и спустя время установления АЦП процессор начинает вводить входной сигнал через первый канал и вычитать из него при этом сохраненную в памяти ошибку смещения нуля первого канала программно. Процедура повторяется для второго канала, в котором разомкнутый ключ 4 отключает второй капал от источника сигнала, а замкнутый ключ 8 обеспечивает нулевой уровень на входе АЦП.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения электрической энергии постоянного тока и других сигналов с постоянной составляющей за счет проведения калибровки смещения нуля в реальном времени с применением высокоточных АЦП.

Источники информации

1. Патент на изобретение №2265229, 14.10.2003. Схема обработки сигнала с тензодатчика / А.Н.Тявин.

Устройство для ввода аналоговых сигналов с коррекцией смещения нуля, состоящее из двухканального АЦП, между дифференциальными входами каждого канала которого включены шунтирующие ключи для обеспечения нулевого уровня на входе, а также двух входных двухканальных ключей, обеспечивающих подключение обоих каналов АЦП к одному дифференциальному источнику сигнала поочередно с помощью процессора обработки сигналов с программным обеспечением, отличающееся тем, что позволяет производить измерение смещения пуля АЦП, не прерывая ввода аналоговых сигналов, обеспечивая работу с АЦП любого типа, в том числе и конвейерного и сигма-дельта, и позволяет повысить точность измерения сигналов с постоянной составляющей.