RU2499237C2 - Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal - Google Patents
Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2499237C2 RU2499237C2 RU2010131278/28A RU2010131278A RU2499237C2 RU 2499237 C2 RU2499237 C2 RU 2499237C2 RU 2010131278/28 A RU2010131278/28 A RU 2010131278/28A RU 2010131278 A RU2010131278 A RU 2010131278A RU 2499237 C2 RU2499237 C2 RU 2499237C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- output
- input
- converter
- analog
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения дефектов поверхности катания железнодорожного подвижного состава в движении.The invention relates to measuring technique and can be used to determine defects in the rolling surface of a railway rolling stock in motion.
Известен полумостовой измеритель сопротивлений (его варианты) (авт.св. №1196773, G01R 17/02, БИ №45, 1985), содержащий источник питания, первый выход которого соединен с общей шиной, полумост из последовательно соединенных первого и второго резисторов, первую выходную клемму, соединенную с общими выводами резисторов полумоста, вторую выходную клемму, соединенную с общей шиной, операционный усилитель, выход и инвертирующий вход которого соединен с вторым выводом первого резистора полумоста. Кроме того, в него введен инвертирующий масштабный усилитель, а источник питания выполнен в виде источника тока, второй выход которого соединен с вторым выводом второго резистора полумоста и входом инвертирующего масштабного усилителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, а коэффициент передачи инвертирующего масштабного усилителя равен отношению номинального сопротивления первого резистора полумоста к номинальному сопротивлению второго резистора полумоста.Known half-bridge resistance meter (its variants) (ed. St. No. 1196773, G01R 17/02, BI No. 45, 1985), containing a power source, the first output of which is connected to a common bus, a half bridge of series-connected first and second resistors, the first an output terminal connected to the common terminals of the half-bridge resistors, a second output terminal connected to a common bus, an operational amplifier, the output and inverting input of which is connected to the second terminal of the first half-bridge resistor. In addition, an inverting scale amplifier is introduced into it, and the power source is made in the form of a current source, the second output of which is connected to the second output of the second half-bridge resistor and the input of the inverting scale amplifier, the output of which is connected to the non-inverting input of the operational amplifier, and the transfer coefficient of the inverting scale amplifier equal to the ratio of the nominal resistance of the first half-bridge resistor to the nominal resistance of the second half-bridge resistor.
Полумостовой измеритель сопротивлений, содержащий источник питания, первый выход которого соединен с общей шиной, полумост из последовательно соединенных первого и второго резисторов, первую выходную клемму, соединенную с общими выводами резисторов полумоста, вторую выходную клемму, соединенную с общей шиной, операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом первого резистора полумоста. Кроме того, в него введен инвертирующий масштабный усилитель, а источник питания выполнен в виде источника тока, второй выход которого соединен с вторым выводом второго резистора полумоста и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом инвертирующего масштабного усилителя, вход которого соединен с вторым выводом первого резистора полумоста, а коэффициент передачи инвертирующего масштабного усилителя равен отношению номинального сопротивления второго резистора полумоста к номинальному сопротивлению первого резистора полумоста.A half-bridge resistance meter containing a power source, the first output of which is connected to a common bus, a half-bridge of series-connected first and second resistors, a first output terminal connected to the common terminals of the half-bridge resistors, a second output terminal connected to a common bus, an operational amplifier, the output of which connected to the second terminal of the first half-bridge resistor. In addition, an inverting scale amplifier is introduced into it, and the power source is made in the form of a current source, the second output of which is connected to the second output of the second half-bridge resistor and the inverting input of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the output of the inverting scale amplifier, the input of which is connected to the second the output of the first half-bridge resistor, and the transfer coefficient of the inverting scale amplifier is equal to the ratio of the nominal resistance of the second half-bridge resistor to the nominal ohm resistance of the first resistor half-bridge.
Однако данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку позволяет проводить измерение только по полумостовой схеме. В данном устройстве нельзя проводить измерение для схем «мост», «1/4 мост». Кроме того, данное устройство обладает низким быстродействием, поскольку из-за переходных процессов, возникающих из-за влияния распределенных емкостей и индуктивностей на подводящих проводах, масштабный усилитель входит в режим насыщения, ограничивая быстродействие устройства.However, this device has limited functionality, because it allows you to measure only half-bridge circuit. In this device it is impossible to carry out measurement for the "bridge", "1/4 bridge" circuits. In addition, this device has a low speed, because due to transients that occur due to the influence of distributed capacitances and inductances on the lead wires, the large-scale amplifier enters the saturation mode, limiting the speed of the device.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал, содержащий резистивные датчики, токовые и потенциальные линии, источник тока питания датчиков, операционный усилитель, общую шину. Кроме того, модулятор напряжения, делитель напряжения и коммутатор потенциальных линий являются программируемыми потенциальными линиями, вход программируемого коммутатора потенциальных линий подключен к резистивному датчику (мосту или одиночному датчику), управляющий вход программируемого коммутатора потенциальных линий подключен к первому входу устройства управления, а его выход - к входу инструментального усилителя опорный вход которого соединен с выходным контактом первого двухпозиционного переключателя, один вход которого соединен с общей шиной, а второй вход с выходом программируемого делителя, а управляющий контакт первого двухпозиционного переключателя соединен с вторым входом устройства управления, а выход инструментального усилителя соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, его выход - с входом регистратора, источник тока, состоящий из источника опорного напряжения, выход которого соединен с входом программируемого модулятора напряжения и неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с номинальным резистором и последовательно соединенными выходным контактом второго двухпозиционного переключателя и первым входом блока двухпозиционных переключателей, второй конец номинального резистора соединен с общей шиной, а выход операционного усилителя соединен с входом второго двухпозиционного переключателя, второй вход двухпозиционного переключателя соединен с вторым входом блока двухпозиционных переключателей, а управляющий вход второго двухпозиционного переключателя соединен с третьим входом устройства управления, управляющий вход блока двухпозиционных переключателей соединен с четвертым входом устройства управления, а первый и второй выходы блока двухпозиционных переключателей соединены с токовыми линиями, вход программируемого делителя соединен с выходом программируемого модулятора напряжения, управляющий вход которого соединен с пятым входом устройства управления, а управляющий вход программируемого делителя соединен с шестым входом устройства управления (патент РФ №2292051 МПК G01R 27/02, БИ №2, 2007 г), принятый за прототип.The closest in technical essence is a converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal containing resistive sensors, current and potential lines, a sensor power supply current source, an operational amplifier, a common bus. In addition, the voltage modulator, voltage divider and switch of potential lines are programmable potential lines, the input of the programmable switch of potential lines is connected to a resistive sensor (bridge or single sensor), the control input of the programmable switch of potential lines is connected to the first input of the control device, and its output is to the input of the instrument amplifier, the reference input of which is connected to the output contact of the first on-off switch, one input of which is shared with the common bus, and the second input is with the output of the programmable divider, and the control contact of the first on-off switch is connected to the second input of the control device, and the output of the instrument amplifier is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, its output is connected to the input recorder, a current source consisting of a reference voltage source, the output of which is connected to the input of a programmable voltage modulator and a non-inverting input of an operational amplifier, invert whose input is connected to a nominal resistor and connected in series to the output contact of the second on-off switch and the first input of the on-off switch unit, the second end of the nominal resistor is connected to a common bus, and the output of the operational amplifier is connected to the input of the second on-off switch, the second input of the on-off switch is connected to the second input the on / off switch unit, and the control input of the second on / off switch is connected to the third the control device, the control input of the on / off switch unit is connected to the fourth input of the control device, and the first and second outputs of the on / off switch unit are connected to current lines, the input of the programmable divider is connected to the output of the programmable voltage modulator, the control input of which is connected to the fifth input of the control device, and the control input of the programmable divider is connected to the sixth input of the control device (RF patent No. 2292051 IPC G01R 27/02, BI No. 2, 2007), adopted as prototype of.
Недостатком преобразователя изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал, принятого за прототип, является ограниченное быстродействие из-за наличия большого числа ключей, требующих дополнительного времени для переключения. Кроме того, быстродействие и точность преобразователя существенно уменьшается за счет влияния переходных процессов, возникающих из-за действия паразитных емкостей и индуктивностей подводящих проводов.The disadvantage of the Converter changes the resistance of resistive sensors into an electrical signal, adopted as a prototype, is the limited speed due to the presence of a large number of keys that require additional time to switch. In addition, the speed and accuracy of the converter is significantly reduced due to the influence of transients arising from the action of stray capacitances and inductances of the lead wires.
При разработке быстродействующего преобразователя изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал была поставлена задача повышения точности и быстродействия при определении дефектов поверхности катания (ползунов, выкрашивания поверхности катания, наваров, образующихся при экстренном торможении и т.д.). Данные дефекты приводят к ускорению износа колес и появлению усталостных трещин. Кроме того, они оказывают негативное влияние на верхнее строение пути. При наличии дефектов на поверхности катания колес увеличивается сила ударного воздействия колеса на рельс, измерение которой осуществляется резистивными датчиками (тензодатчиками), наклеенными с двух сторон шейки рельса вертикально, через измерение деформаций рельса. Обнаружение сигналов, несущих информацию о дефекте, происходит за счет использования одновременной регистрации ударного воздействия несколькими резистивными датчиками. При обработке сигналов с датчиков получают корреляционную функцию, максимум которой совпадает с моментом появления дефекта (Степанова Л.Н., Бехер С.А., Кочетков А.С. и др. Разработка методики определения дефектов поверхности катания колесных пар в движении // Контроль. Диагностика, 2010, №5, С.64-67).When developing a high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal, the task was to increase the accuracy and speed when determining defects in the surface of the ride (sliders, chipping of the ride surface, fatty deposits formed during emergency braking, etc.). These defects lead to accelerated wear of the wheels and the appearance of fatigue cracks. In addition, they have a negative effect on the upper structure of the path. In the presence of defects on the surface of the wheels, the impact force of the wheel on the rail increases, the measurement of which is carried out by resistive sensors (strain gauges) glued vertically on both sides of the neck of the rail through the measurement of rail deformations. Detection of signals carrying information about a defect occurs due to the use of simultaneous recording of impact by several resistive sensors. When processing signals from sensors, a correlation function is obtained, the maximum of which coincides with the moment of the appearance of the defect (Stepanova L.N., Becher S.A., Kochetkov A.S. et al. Development of a methodology for determining defects in the rolling surface of wheelsets in motion // Control Diagnostics, 2010, No. 5, S.64-67).
Поставленная задача решается за счет того, что быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал, содержащий резистивные датчики, источник тока питания датчиков, состоящий из операционного усилителя источника тока, инвертирующий вход которого соединен с токозадающим эталонным резистором, второй конец которого соединен с общей шиной, инструментальный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены к резистивному датчику, аналого-цифровой преобразователь, устройство управления снабжен температурными датчиками, подключенными к центральному процессору через последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь температурного датчика и интерфейсное устройство, а также - цифроаналоговым преобразователем источника тока, входным инструментальным усилителем, инструментальным усилителем разности, фильтром нижних частот, двумя цифровыми мультиплексорами, двумя оперативными запоминающими устройствами, цифровым сигнальным процессором, цифроаналоговым преобразователем подстройки нуля каналов, интерфейсным устройством, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя источника тока соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя источника тока, а выход операционного усилителя соединен с инвертирующим входом входного инструментального усилителя и резистивным датчиком, а инвертирующий вход операционного усилителя источника тока соединен со вторым концом резистивного датчика, с неинвертирующим входом входного инструментального усилителя и входом цифроаналогового преобразователя номинала резистивного датчика, выход которого соединен с неинвертирующим входом инструментального усилителя разности, инвертирующий вход которого соединен с выходом входного инструментального усилителя, выход инструментального усилителя разности соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым цифровым мультиплексором, выходы которого двунаправленными шинами соединены с цифровыми входами первого и второго оперативных запоминающих устройств, управляющие входы которых объединены и соединены с первым выходом устройства управления блоком, выходы оперативных запоминающих устройств двунаправленными шинами соединены с входами второго цифрового мультиплексора, выход которого двунаправленной шиной соединен с первым входом устройства управления и шиной PCI, которая подключена к первому входу центрального процессора компьютера, второй вход устройства управления двунаправленной шиной соединен с цифровым сигнальным процессором, а второй и третий выходы устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго цифровых мультиплексоров, четвертый выход устройства управления соединен с входами цифро-аналоговых преобразователей подстройки нуля каналов, выход которого соединен с опорным входом инструментального усилителя разности, пятый выход устройства управления соединен со входами цифро-аналоговых преобразователей номинала резистивного датчика, шестой выход устройства управления соединен с входами цифро-аналоговых преобразователей источника тока, выход интерфейсного устройства подключен ко второму входу центрального процессора компьютера.The problem is solved due to the fact that a high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electric signal containing resistive sensors, a sensor power supply current, consisting of an operational amplifier of a current source, the inverting input of which is connected to a current-setting reference resistor, the second end of which is connected to a common bus , a tool amplifier whose inverting and non-inverting inputs are connected to a resistive sensor, an analog-to-digital converter, The control device is equipped with temperature sensors connected to the central processor via a series-connected switch, an analog-to-digital converter of the temperature sensor and an interface device, as well as a digital-to-analog converter of the current source, an input instrument amplifier, an instrument difference amplifier, a low-pass filter, two digital multiplexers, two random access memory, digital signal processor, digital-to-analog converter under zero channels, by an interface device, while the non-inverting input of the operational amplifier of the current source is connected to the output of the digital-analog converter of the current source, and the output of the operational amplifier is connected to the inverting input of the input instrument amplifier and a resistive sensor, and the inverting input of the operational amplifier of the current source is connected to the second the end of the resistive sensor, with a non-inverting input of the input instrumentation amplifier and the input of the digital-to-analog converter a resistive sensor, the output of which is connected to a non-inverting input of the difference instrument amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the input instrument amplifier, the output of the difference instrument amplifier is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first digital a multiplexer, the outputs of which bidirectional buses are connected to the digital inputs of the first and second random access memory, the main inputs of which are combined and connected to the first output of the unit control device, the outputs of random access memory via bi-directional buses are connected to the inputs of the second digital multiplexer, the output of which is connected by a bi-directional bus to the first input of the control device and the PCI bus, which is connected to the first input of the computer’s central processor, the input of the bi-directional bus control device is connected to a digital signal processor, and the second and third outputs of the control device are connected with control inputs of the first and second digital multiplexers, the fourth output of the control device is connected to the inputs of digital-to-analog converters for tuning zero channels, the output of which is connected to the reference input of the instrumental difference amplifier, the fifth output of the control device is connected to the inputs of digital-to-analog converters of the nominal value of the resistive sensor, sixth the output of the control device is connected to the inputs of digital-to-analog converters of the current source, the output of the interface device is connected to Valid rum central computer processor.
Предлагаемый быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал позволяет повысить быстродействие за счет того, что в схеме отсутствуют коммутирующие устройства. Отсутствие в измерительных сигналах переходных процессов позволяет повысить точность измерения и быстродействие, поскольку усилители не входят в режим глубокого насыщения.The proposed high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal allows to increase the speed due to the absence of switching devices in the circuit. The absence of transients in the measuring signals allows one to increase the measurement accuracy and speed, since the amplifiers are not included in the deep saturation mode.
На фиг.1 приведена функциональная схема быстродействующего преобразователя изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал. На фиг.2 показана схема установки на рельс резистивных датчиков. На фиг.3 показано расположение резистивных датчиков и датчиков температуры на рельсе и в системе.Figure 1 shows a functional diagram of a high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal. Figure 2 shows the installation diagram on the rail of resistive sensors. Figure 3 shows the location of resistive sensors and temperature sensors on the rail and in the system.
Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал (фиг.1) содержит:High-speed Converter changes the resistance of resistive sensors into an electrical signal (figure 1) contains:
1 - резистивный датчик;1 - resistive sensor;
2 - источник тока питания датчика;2 - sensor power supply current source;
3 - операционный усилитель источника тока;3 - operational amplifier current source;
4 - токозадающий эталонный резистор;4 - current-setting reference resistor;
5 - общая шина;5 - common bus;
6 - входной инструментальный усилитель;6 - input instrumentation amplifier;
7 - аналого-цифровой преобразователь;7 - analog-to-digital Converter;
8 - устройство управления блоком;8 - control unit;
9 - первый датчик температуры;9 - the first temperature sensor;
10 - второй датчик температуры;10 - second temperature sensor;
11 - центральный процессор компьютера;11 - the central processor of the computer;
12 - коммутатор;12 - switch;
13 - аналого-цифровой преобразователь температурного датчика;13 - analog-to-digital Converter temperature sensor;
14 - интерфейсное устройство;14 - interface device;
15 - цифроаналоговый преобразователь источника тока;15 - digital-to-analog Converter current source;
16 - цифроаналоговый преобразователь номинала резистивного датчика;16 - digital-to-analog Converter nominal resistance sensor;
17 - инструментальный усилитель разности;17 - instrumental difference amplifier;
18 - фильтр нижних частот;18 - low-pass filter;
19 - первый цифровой мультиплексор;19 - the first digital multiplexer;
20 - первое оперативное запоминающее устройство;20 - the first random access memory;
21 - второе оперативное запоминающее устройство;21 is a second random access memory;
22 - второй цифровой мультиплексор;22 - the second digital multiplexer;
23 - шина PCI;23 - PCI bus;
24 - цифровой сигнальный процессор;24 - digital signal processor;
25 - цифроаналоговый преобразователь подстройки нуля.25 is a digital-to-analog zero trim converter.
Практическая реализация предлагаемого устройства выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:The practical implementation of the proposed device is performed according to known schemes using the following components:
1. Операционный усилитель источника тока 3 выполнен на микросхеме AD817.1. The operational amplifier of current source 3 is made on the AD817 chip.
2. фильтры 18 выполнены по двухзвенной схеме активных фильтров второго порядка на операционных усилителях МС33282 фирмы «Мо-torolla», пример реализации приведен в книге (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энерго-атомиздат, Ленинградское отделение, 1988, с.105, рис.3.9).2. Filters 18 are made according to a two-link scheme of second-order active filters on operational amplifiers MC33282 of the Mo-torolla company, an example of implementation is given in the book (Gutnikov BC Integrated Electronics in Measuring Devices. - L.: Energo-Atomizdat, Leningrad Branch, 1988, p.105, fig. 3.9).
3. Прецизионный инструментальный усилитель 17 выполнен на микросхеме AD 620, инструментальный усилитель 6 - выполнен на микросхеме AD 621.3. The precision instrumentation amplifier 17 is made on the AD 620 chip, the instrumentation amplifier 6 is made on the AD 621 chip.
4. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 15, 16, 25 собраны на микросхемах AD7545 и МС33272.4. Digital-to-analog converters (DACs) 15, 16, 25 are assembled on AD7545 and MC33272 microcircuits.
5. Устройство управления и цифровые мультиплексоры выполнены на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» EPF10K30TC.5. The control device and digital multiplexers are made on programmable logic integrated circuits FPGAs of the company "Altera" EPF10K30TC.
6. Аналого-цифровой преобразователь 7 тензометрического канала - на микросхеме AD7892 фирмы Analog Devices.6. The analog-to-digital converter 7 of the strain gauge channel - on the AD7892 chip from Analog Devices.
7. Цифровой сигнальный процессор реализован на микросхеме фирмы «Texas Instruments» TMS320VC5402A.7. The digital signal processor is implemented on a chip of the company Texas Instruments TMS320VC5402A.
8. Оперативное запоминающее устройство выполнено на микросхемах динамического ОЗУ 48LCI16MA2.8. The random access memory is made on the dynamic RAM chips 48LCI16MA2.
Информация о микросхемах находится на официальных сайтах фирм Analog Devices, Motorolla, Altera, (Motorolla - www.moto.com: фирмы ALTERA- www.altera.com', фирмы Analog Devices - www.ad.com, фирмы Burr-Brown Corporation - www.burr-brown.corn, фирмы Texas Instruments -www.ti.com,).Information about microcircuits can be found on the official websites of Analog Devices, Motorolla, Altera, (Motorolla - www.moto.com: ALTERA- www.altera.com ', Analog Devices - www.ad.com, Burr-Brown Corporation - www.burr-brown.corn, Texas Instruments -www.ti.com,).
Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал, содержит резистивные датчики 1, источник тока питания датчиков 2, состоящий из операционного усилителя источника тока 3, инвертирующий вход которого соединен с токозадающим эталонным резистором 4, второй конец которого соединен с общей шиной 5, инструментальный усилитель 6, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены к резистивному датчику 1, аналого-цифровой преобразователь 7, устройство управления 8. Кроме того, быстродействующий преобразователь снабжен температурными датчиками 9,10, подключенными к центральному процессору 11 через последовательно соединенные коммутатор 12, аналого-цифровой преобразователь температурного датчика 13 и интерфейсное устройство 14, неинвертирующнй вход операционного усилителя 3 источника тока 2 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя источника тока 15, а выход операционного усилителя 3 соединен с инвертиующим входом входного инструментального усилителя 6 и резистивным датчиком 1, а инвертирующий вход операционного усилителя 3 источника тока 2 соединен со вторым концом резистивного датчика 1, с неинвертирующим входом входного инструментального усилителя 6 и входом цифро-аналогового преобразователя номинала резистивного датчика 16, выход которого соединен с неинвертирующим входом инструментального усилителя разности 17, инвертирующий вход которого соединен с выходом входного инструментального усилителя 6, выход инструментального усилителя разности 17 соединен с входом фильтра нижних частот 18, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7, цифровой выход которого соединен с первым цифровым мультиплексором 19, выходы которого двунаправленными шинами соединены с цифровыми входами первого 20 и второго 21 оперативных запоминающих устройств, управляющие входы которых объединены и соединены с первым выходом устройства управления блоком 8, выходы оперативных запоминающих устройств 20,21 двунаправленными шинами соединены с входами второго цифрового мультиплексора 22, выход которого двунаправленной шиной соединен с первым входом устройства управления 8 и шиной PCI 23, которая подключена к первому входу центрального процессора компьютера 11, второй вход устройства управления 8 двунаправленной шиной соединен с цифровым сигнальным процессором 24, а второй и третий выходы устройства управления 8 соединены с управляющими входами первого 19 и второго 22 цифровых мультиплексоров, четвертый выход устройства управления 8 соединен с входами цифро-аналоговых преобразователей подстройки нуля каналов 25, выход которого соединен с опорным входом инструментального усилителя разности 17, пятый выход устройства управления 8 соединен со входами цифроаналоговых преобразователей номинала резистивного датчика 16, шестой выход устройства управления 8 соединен с входами цифроаналоговых преобразователей источника тока 15, выход интерфейсного устройства 14 подключен ко второму входу центрального процессора компьютера 11.A high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electric signal, contains
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Резистивные датчики 1 R∂ наклеиваются на шейку одного рельса с противоположных сторон напротив друг друга и подключаются ко входу быстродействующего преобразователя изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал. После установки первого температурного датчика 9 внутри быстродействующего преобразователя и второго температурного датчика 10 (фиг.3) на рельсы, они подключаются к коммутатору 12 (фиг.1).Resistive sensors 1 R ∂ are glued to the neck of one rail from opposite sides opposite each other and are connected to the input of a high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal. After installing the
Перед началом измерений центральный процессор компьютера 11 задает для всех каналов блока значения величин силы тока питания резистивных датчиков 1 для получения необходимой чувствительности. Для этого центральный процессор 11 поочередно посылает через шину PCI 23 в устройство управления блока 8 команду записи кодового эквивалента тока питания резистивных датчиков 1. Устройство управления блока 8 записывает эти коды по последовательной линии в цифро-аналоговые преобразователи источника тока 15. На выходах цифро-аналоговых преобразователей источника тока 15 формируются напряжения, значения которых определяют величины силы токов питания резистивных датчиков 1 R∂. Операционные усилители источника тока 3 поддерживают постоянной величину силы тока питания резистивных датчиков 1. Значение силы тока определяется величиной токозадающих эталонных резисторов 4 и напряжением на выходе цифро-аналоговых преобразователей источника тока 15. Затем подбирается такое значение напряжения на выходах цифроаналоговых преобразователей номинала тензодатчиков 16, чтобы напряжение на входах инструментальных усилителей разности 17 стало равным напряжениям на резистивных датчиках 1. Для этого центральный процессор 11 посылает через шину PCI 23 в устройство управления блока 8 команду записи кодового эквивалента номинального сопротивления резистивного датчика 1. Устройство управления блока 8 записывает эти коды по последовательной линии в цифро-аналоговые преобразователи номинала резистивных датчиков 16. Для компенсации дрейфа выходного напряжения инструментальных усилителей разности 17 служит цифроаналоговый преобразователь подстройки нуля 25. Значение нулевого напряжения на выходе инструментальных усилителей разности 17 соответствует коду результата аналого-цифрового преобразователя 7, равному половине диапазона измерения.Before starting the measurements, the central processor of the
В режиме компенсации дрейфа устройство управления блока 8 периодически считывает результаты измерения аналого-цифрового преобразователя 7 из оперативных запоминающих устройств 20, 21 через мультиплексор 22 и подбирает напряжение компенсации дрейфа путем записи кодов в цифроаналоговый преобразователь подстройки нуля 25. Перед началом записи информации центральный процессор компьютера 11 считывает через интерфейсное устройство 14 показания аналого-цифрового преобразователя температурного датчика 13 и сохраняет в памяти значения температуры внутри блока и в месте наклейки резистивного датчика 1 на рельсе.In the drift compensation mode, the control unit of block 8 periodically reads the measurement results of the analog-to-digital converter 7 from random access memory 20, 21 through the multiplexer 22 and selects the drift compensation voltage by writing codes to the digital-to-analog zero-adjustment converter 25. Before starting to record information, the computer’s
После настроек быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал готов к измерениям.After settings, the high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors into an electrical signal is ready for measurements.
Перед проходом состава центральный процессор 11 посылает через шину PCI 23 в устройство управления блока 8 команду на начало измерений. После этого устройство управления блока 8 разрешает оперативному запоминающему устройству 20 через мультиплексор 19 запись измерительной информации. При прохождении колеса над парами резистивных датчиков 1, деформация рельса вызывает изменение их сопротивлений, и на выходах инструментальных усилителей 6 появляются электрические сигналы, значения напряжений которых равны напряжениям на резистивных датчиках 1. При этом на выходах инструментальных усилителей разности 17 формируется напряжение U10=К·ΔR∂, (где К - коэффициент усиления инструментального усилителя 17; ΔR∂ - изменение электрического сопротивления резистивного датчика 1). Затем сигнал поступает на входы фильтров 18, для исключения паразитных высокочастотных шумов и затем - на входы аналого-цифровых преобразователей 7, где происходит оцифровка аналогового сигнала. С выхода аналого-цифровых преобразователей 7 измерительная информация поступает через мультиплексор 19 на вход оперативного запоминающего устройства 20. После заполнения оперативного запоминающего устройства 20 устройство управления блока 8 переключает мультиплексоры 19 и 22 таким образом, что измерительная информация с аналого-цифрового преобразователя 7 через мультиплексор 19 теперь записывается в оперативное запоминающее устройство 21, а содержимое оперативного запоминающего устройства 20 становится доступным через мультиплексор 22 цифровому сигнальному процессору 24, а также через шину PCI 23 центральному процессору 11. Цифровой сигнальный процессор 24 считывает измерительную информацию из оперативного запоминающего устройства 20 и рассчитывает суммы деформаций двух противоположно наклеенных резистивных датчиков 1, величина которых пропорциональна значениям вертикальной силы, действующей на рельс при прохождении железнодорожного состава. Цифровой сигнальный процессор 24 также рассчитывает значения корреляционной функции двух сигналов, соответствующих значениям вертикальной силы на соседних участках рельсового пути.Before the passage of the composition of the
Для оценки величины изгибающих моментов, действующих на рельс, рассчитываются разности деформаций противоположно наклеенных резистивных датчиков 1. После заполнения оперативного запоминающего устройства 21 устройство управления блока 8 переключает мультиплексоры 19 и 22 в исходное состояние и процесс записи и считывания измерительной информации повторяется. По окончании проезда контролируемого состава измерение заканчивается, и устройство управления блока 8 останавливает запись измерительной информации в оперативные запоминающие устройства 20, 21. На этом процесс измерения заканчивается. Центральный процессор компьютера 11 считывает через интерфейсное устройство 14 показания аналого-цифрового преобразователя температурного датчика 13 и сохраняет в памяти значения температуры внутри блока и в месте наклейки резистивного датчика 1 после прохождения поезда. Затем центральный процессор компьютера 11 пересчитывает значения деформаций с тензодатчиков с учетом измеренного значения температуры.To estimate the magnitude of the bending moments acting on the rail, the strain differences of the oppositely glued
При наличии дефектов на поверхности катания колес увеличивается сила ударного воздействия колеса на рельс. Измерение сил, воздействующих на рельсы, осуществляется через измерение деформаций рельса. В свою очередь, измерение деформаций производится резистивными датчиками (тензодатчиками), наклеенными с двух сторон шейки рельса вертикально (фиг.2, фиг.3). Обнаружение сигналов, несущих информацию о дефекте, происходит за счет использования одновременной регистрации ударного воздействия несколькими резистивными датчиками (фиг.3). При обработке сигналов с резистивных датчиков получают корреляционную функцию, максимум которой совпадает с моментом появления дефекта на поверхности катания железнодорожного колеса. При использовании быстродействующего преобразователя изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал измерения проводятся в области высоких частот, что позволяет существенно уменьшить влияние шумов и помех.In the presence of defects on the surface of the wheels, the impact force of the wheel on the rail increases. The forces acting on the rails are measured through the measurement of rail deformations. In turn, the strain measurement is performed by resistive sensors (strain gauges) glued vertically from both sides of the neck of the rail (FIG. 2, FIG. 3). The detection of signals carrying information about the defect occurs through the use of simultaneous recording of shock by several resistive sensors (Fig. 3). When processing signals from resistive sensors, a correlation function is obtained, the maximum of which coincides with the moment a defect appears on the rolling surface of a railway wheel. When using a high-speed transducer, changes in the resistance of resistive sensors to an electrical signal are measured in the high-frequency region, which can significantly reduce the effect of noise and interference.
Предложенный быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков с электрический сигнал по сравнению с известными обладает более высоким быстродействием, так как производится предварительная обработка информации цифровым сигнальным процессором 24 в режиме реального времени. Кроме того, достигается более высокая точность за счет предлагаемого алгоритма компенсации дрейфа. Введение температурных зависимостей изменения сопротивления резистивных датчиков и результатов измерений измерительных каналов блоков в условиях эксплуатации в пути позволяет достигать высокой точности результатов измерений.The proposed high-speed converter for changing the resistance of resistive sensors with an electric signal, in comparison with the known ones, has a higher speed, since information is preliminarily processed by the digital signal processor 24 in real time. In addition, higher accuracy is achieved due to the proposed drift compensation algorithm. The introduction of temperature dependences of changes in the resistance of resistive sensors and the measurement results of the measuring channels of the blocks under operating conditions on the road allows to achieve high accuracy of the measurement results.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010131278/28A RU2499237C2 (en) | 2010-07-26 | 2010-07-26 | Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010131278/28A RU2499237C2 (en) | 2010-07-26 | 2010-07-26 | Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2499237C2 true RU2499237C2 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=49710236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010131278/28A RU2499237C2 (en) | 2010-07-26 | 2010-07-26 | Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2499237C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701866A (en) * | 1984-12-07 | 1987-10-20 | Battelle Memorial Institute | Wheel load measurement |
| RU2292051C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Transformer of resistive sensors' changing resistance into electric signal |
| RU2343494C1 (en) * | 2007-06-20 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Multichannel resistive sensors resistance - voltage converter |
-
2010
- 2010-07-26 RU RU2010131278/28A patent/RU2499237C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701866A (en) * | 1984-12-07 | 1987-10-20 | Battelle Memorial Institute | Wheel load measurement |
| RU2292051C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Transformer of resistive sensors' changing resistance into electric signal |
| RU2343494C1 (en) * | 2007-06-20 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Multichannel resistive sensors resistance - voltage converter |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Степанова Л.Н. и др. Измерительный преобразователь быстродействующей измерительной системы // Датчики и системы, 2007, №5, с.29-32. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105067097B (en) | Multi weighing sensor online calibration method available for unmanned plane mass measurement platform | |
| CN101125080A (en) | Increment magnifying type signal measuring device using for impedance imaging | |
| RU2424533C2 (en) | Measuring transducer for high-speed strain-measuring system | |
| Hu et al. | High accuracy and simultaneous scanning AC measurement approach for two-dimensional resistive sensor arrays | |
| RU2499237C2 (en) | Quick-acting converter of resistive sensor resistance change into electric signal | |
| RU155518U1 (en) | RAIL SCALES FOR WEIGHING MOBILE RAILWAY OBJECTS IN MOVEMENT | |
| Stepanova et al. | Microprocessor multi-channel strain-gauge systems for dynamic tests of structures | |
| Ricken et al. | GMR and eddy current sensor in use of stress measurement | |
| GB926985A (en) | Apparatus for determining the weight of railway vehicles | |
| RU2619828C1 (en) | High-speed converter of changing sensor resistance into electrical signal | |
| RU2121138C1 (en) | Compensation method of car weight determination and device for its embodiment | |
| RU206048U1 (en) | Weighing device for railway rolling stock | |
| CN111505543A (en) | Method and system for compensating dynamic hysteresis based on recurrent neural network | |
| ATE270635T1 (en) | A DEVICE FOR ESTIMATING THE LATERAL ACCELERATION OF A RAIL VEHICLE | |
| SU942044A1 (en) | Device for determining mean power of random signals | |
| RU2561245C2 (en) | Car scales | |
| RU2686857C1 (en) | Weighing device | |
| Dimitrov et al. | Electronic system for measuring railway vehicle wheel load in motion | |
| SU849093A1 (en) | Device for measuring ac voltage shape coefficient | |
| SU479957A1 (en) | Railway wagon weight gauge | |
| SU994926A1 (en) | Device for weighing moving rolling stock on the axis-by-axis basis | |
| RU2249189C1 (en) | Strain-gauge transducer | |
| RU20578U1 (en) | DEVICE FOR VERIFICATION OF POWER SENSORS WITH TENSOMETRIC BRIDGE DIAGRAMS | |
| SU1559278A1 (en) | Eddy current measuring device | |
| CN104406670A (en) | Dynamic weighing method and dynamic weighing system based on charge and discharge of capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170727 |