CH628428A5

CH628428A5 - Method and device for producing a digital signal at the output of a displacement transducer

Info

Publication number: CH628428A5
Application number: CH1219778A
Authority: CH
Inventors: Leslie Arthur John Gardiner
Original assignee: Wdm Ltd
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1982-02-26
Also published as: FR2410808A1; NL7811535A; DE2850904A1; FR2410808B1

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour produire un signal numérique à la sortie d'un transducteur de déplacement. The present invention relates to a method and a device for producing a digital signal at the output of a displacement transducer.

Le signal de sortie d'un transducteur de déplacement (par exemple du type où un signal électrique est produit seion le déplacement d'une pièce dans un enroulement) est couramment appliqué à un enregistreur à plume. Il est fréquemment 5 souhaitable d'avoir un signal de sortie sous forme numérique mais, en particulier, quand des petits déplacements doivent être mesurés, les résultats obtenus des formes connues d'éjui-pement ne sont pas fiables. On a maintenant découvert que cela était dû au fait que le transducteur ne retournait pas io nécessairement à une condition initiale et fixe après chaaue mesure, ce qui introduit une erreur de zéro à la mesure suivante. Le problème est accentué dans un dispositif automatique de mesure effectuant une série de lectures par cycies. en particulier parce que l'erreur de zéro peut varier d'un c;.cîe à îs l'autre. Cela peut être assez facilement surmonté en utilisant un enregistreur à plume parce que la position initiale avant d'effectuer un déplacement à mesurer est facile à voir. The output signal from a displacement transducer (for example of the type where an electrical signal is produced due to the displacement of a workpiece in a winding) is commonly applied to a pen recorder. It is frequently desirable to have an output signal in digital form but, in particular, when small displacements are to be measured, the results obtained from known forms of ejection are not reliable. We have now discovered that this is due to the fact that the transducer does not necessarily return to an initial and fixed condition after each measurement, which introduces an error of zero at the next measurement. The problem is accentuated in an automatic measuring device carrying out a series of readings by cycies. in particular because the error of zero can vary from one to the other. This can be quite easily overcome by using a pen recorder because the initial position before performing a displacement to be measured is easy to see.

Le procédé selon l'invention consiste à convertir un signal analogique d'un cycle d'opération du transducteur compre-20 nant une position initiale et une position de mesure en un signal numérique, à enregistrer les valeurs du signal numérique représentant la position initiale et la position de mesure, et à dériver le signal numérique selon la différence entre ces valeurs enregistrées. The method according to the invention consists in converting an analog signal of a cycle of operation of the transducer comprising an initial position and a measurement position into a digital signal, recording the values of the digital signal representing the initial position and the measurement position, and deriving the digital signal according to the difference between these recorded values.

25 Le dispositif selon l'invention, pour la mise en œuvre de ce procédé comprend un convertisseur pour convertir un signal analogique à la sortie d'un cycle d'opération du transducteur comprenant une position initiale et une position de mesure en un signal numérique, un moyen pour enregistrer les valeurs 30 du signal numérique représentant la position initiale et la position de mesure, un moyen pour dériver le signal numérique selon la différence entre les valeurs enregistrées. The device according to the invention, for implementing this method comprises a converter for converting an analog signal at the output of an operating cycle of the transducer comprising an initial position and a measurement position into a digital signal, means for recording the values of the digital signal representing the initial position and the measurement position, means for deriving the digital signal according to the difference between the recorded values.

De préférence, la valeur numérique représentant la position initiale est stockée avant l'enregistrement de la valeur 35 représentant la position de mesure, et la sortie numérique est alors dérivée de la différence. Avantageusement, la valeur de la position initiale est stockée dans un premier compteur, et après enregistrement de la valeur de la position de mesure, des impulsions d'horloge sont appliquées consécutivement 40 au premier compteur pour augmenter la valeur qui est stockée jusqu'à ce qu'elle soit égale à la valeur de la position de mesure. Le nombre d'impulsions d'horloge qu'il faut pour atteindre cela peut être compté par un second compteur pour produire le signal de sortie numérique. Preferably, the digital value representing the initial position is stored before recording the value representing the measurement position, and the digital output is then derived from the difference. Advantageously, the value of the initial position is stored in a first counter, and after recording the value of the measurement position, clock pulses are applied consecutively to the first counter to increase the value which is stored until that it is equal to the value of the measurement position. The number of clock pulses it takes to reach this can be counted by a second counter to produce the digital output signal.

45 Un dispositif selon l'invention peut être incorporé dans un dispositif de mesure avec un transducteur approprié de déplacement. Un tel dispositif de mesure peut comporter un moyen de contrôle agencé pour effectuer une série de lectures en des cycles successifs de mesure, et le moyen de contrôle est 50 de préférence agencé pour assurer l'enregistrement des valeurs de position initiale et de mesure aux instants corrects dans chaque cycle de mesure. 45 A device according to the invention can be incorporated into a measuring device with an appropriate displacement transducer. Such a measuring device can comprise a control means arranged to carry out a series of readings in successive measurement cycles, and the control means is preferably arranged to ensure the recording of the values of initial position and of measurement at times. correct in each measurement cycle.

L'invention sera mieux comprise, et les buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus claire-55 ment au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: The invention will be better understood, and the aims, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given by way of example illustrating a embodiment of the invention and in which:

m - la fig. 1 est un schéma d'un circuit de traitement d'un signal analogique reçu; m - fig. 1 is a diagram of a circuit for processing an analog signal received;

- la fig. 2 est un schéma de circuit montrant un moyen pour convertir le signal analogique traité en une forme numérique et pour en dériver un signal numérique de sortie; et - fig. 2 is a circuit diagram showing a means for converting the processed analog signal to a digital form and for deriving a digital output signal therefrom; and

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- la fig. 3 est un graphique de la valeur V d'un signal typique d'un transducteur de déplacement d'où doit être dérivé un signal numérique, en fonction du temps t. - fig. 3 is a graph of the value V of a typical signal from a displacement transducer from which a digital signal is to be derived, as a function of time t.

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Le dispositif est destiné à être utilisé dans un dispositif de mesure à bord d'un camion pour mesurer la déformation de la surface d'une route tandis qu'un essieu du camion passe au-dessus. Un transducteur de déplacement linéaire est monté sur le camion mais il est stationnaire par rapport à la surface de la route pendant chaque cycle de mesure et il suit le déformation de la surface de la route par un bras. Il doit être sensible à des déplacements n'atteignant que 0,001 mm, correspondant à des déformations de la surface de la route de 0,01 mm. Il est du type où la position d'une pièce est détectée dans un enroulement. Le dispositif prend des mesures répétées en cycles successifs en différents points le long de la route. Il n'est pas possible d'assurer une position initiale fixe et connue de la pièce dans l'enroulement au début de chaque cycle de mesure. The device is intended to be used in a measurement device on board a truck to measure the deformation of the road surface while an axle of the truck passes over it. A linear displacement transducer is mounted on the truck but it is stationary relative to the road surface during each measurement cycle and it follows the deformation of the road surface by an arm. It must be sensitive to displacements reaching only 0.001 mm, corresponding to deformations of the road surface of 0.01 mm. It is of the type where the position of a part is detected in a winding. The device takes repeated measurements in successive cycles at different points along the route. It is not possible to ensure a fixed and known initial position of the part in the winding at the start of each measurement cycle.

On se référera maintenant aux dessins et d'abord à la fig. 1 ; le signal de sortie du transducteur et du circuit associé est appliqué à des entrées positive et négative A et B, respectivement, et il est implifié par des amplificateurs opérationnels de forte impédance 10. Un amplificateur différentiel 12 combine les entrées positive et négative et produit un gain supérieur. Deux étages 14 de filtres actifs passe-bas à une fréquence de coupure de l'ordre de 25 Hz suivent pour réduire le bruit et retirer un signal à 1,8 kHz produit pour détecter la position de la pièce du transducteur dans son enroulement. Un amplificateur opérationnel inverseur 16 produit plus de gain et, au moyen d'un diviseur de potentiel 18 entre les rails d'alimentation positif et négatif, il introduit une polarisation continue telle que le signal puisse être déplacé par rapport à OV et soit adapté à une utilisation avec un certain nombre de transducteurs différents (fig. 2). We will now refer to the drawings and first to FIG. 1; the output signal from the transducer and the associated circuit is applied to positive and negative inputs A and B, respectively, and it is involved by high impedance operational amplifiers 10. A differential amplifier 12 combines the positive and negative inputs and produces a higher gain. Two stages 14 of active low-pass filters at a cut-off frequency of the order of 25 Hz follow to reduce noise and withdraw a signal at 1.8 kHz produced to detect the position of the transducer part in its winding. An inverter operational amplifier 16 produces more gain and, by means of a potential divider 18 between the positive and negative supply rails, it introduces a continuous polarization such that the signal can be displaced relative to OV and is adapted to use with a number of different transducers (Fig. 2).

Le signal peut être interrompu par l'un ou les deux groupes de contacts 20, 22 commandés par des relais (non représentés) par un moyen de commande du dispositif de mesure (non représenté). Les contacts 20,22 sont agencés pour être tous deux fermés uniquement quand une valeur de position initiale ou de mesure doit être enregistrée, afin que le bruit soit éliminé en d'autres temps. The signal can be interrupted by one or both groups of contacts 20, 22 controlled by relays (not shown) by a control means of the measuring device (not shown). The contacts 20, 22 are arranged to be both closed only when an initial position or measurement value is to be recorded, so that the noise is eliminated at other times.

Ensuite, le signal est appliqué à un amplificateur opérationnel 24 qui a à son entrée un transistor à effet de champ de très forte impédance (de l'ordre de 106MC1). Cette forte impédance coopère avec un condensateur argent-mica 26 à tolérance très précise entre l'entrée de l'amplificateur 24 et OV, qui est isolé par deux diodes 28,30 ayant de faibles chutes de tension directe pour permettre le passage de faibles signaux (type 1N914). La valeur du condensateur 26 est choisie en conjonction avec l'impédance d'entrée de l'amplificatuer 24 pour maintenir la sortie du point X suffisamment longue pour permettre au convertisseur analogique/numérique 32 (fig. 2) d'effectuer une conversion. Le condensateur 26 doit également permettre au circuit de réagir aux impulsions très rapides pouvant se produire. On a trouvé qu'une valeur de l'ordre de 100 p F était adaptée. Then, the signal is applied to an operational amplifier 24 which has at its input a very high impedance field effect transistor (of the order of 106MC1). This high impedance cooperates with a silver-mica capacitor 26 with very precise tolerance between the input of amplifier 24 and OV, which is isolated by two diodes 28.30 having low direct voltage drops to allow the passage of weak signals. (type 1N914). The value of the capacitor 26 is chosen in conjunction with the input impedance of the amplifier 24 to keep the output of point X long enough to allow the analog / digital converter 32 (fig. 2) to perform a conversion. The capacitor 26 must also allow the circuit to react to very rapid pulses that may occur. It has been found that a value of the order of 100 p F is suitable.

En se référant maintenant à la fig. 2, le signal au point X est appliqué à un convertisseur analogique/numérique 32. Cela produit des signaux de sortie en forme décimale codée binaire ( BCD) sur trois décades, le calibrage étant tel qu'une représente des centièmes d'un millimètre de déplacement de la surtacede la route, une représente des dixièmes d'un millimètre, et une représente des millimètres. Les sorties du convertisseur 32 sont appliqués par une porte 36 aux entrées Referring now to FIG. 2, the signal at point X is applied to an analog / digital converter 32. This produces output signals in binary coded decimal form (BCD) over three decades, the calibration being such that it represents hundredths of a millimeter of displacement of the road surface, one represents tenths of a millimeter, and one represents millimeters. The outputs of converter 32 are applied by a gate 36 to the inputs

BCD correspondantes d'un compteur 38 où les valeurs peuvent être stockées. Corresponding BCD of a counter 38 where the values can be stored.

Ces sorties sont également appliquées par la porte 36 à trois jeux de verrouillages bistables 40 (un jeu par décade) dont un seul est illustré. Les sorties du compteur 38 et des verrouillages 40 sont appliquées à trois comparateurs 42, un par décade; il n'y a également qu'un seul comparateur qui est illustré. These outputs are also applied by the door 36 to three sets of bistable locks 40 (one set per decade), only one of which is illustrated. The outputs of the counter 38 and of the interlocks 40 are applied to three comparators 42, one per decade; there is also only one comparator which is illustrated.

Le moyen de contrôle (non représenté) du dispositif de mesure est agencé pour appliquer divers signaux de commande en des parties appropriées du cycle de mesure. Au début de chaque mesure, la valeur de position initiale (indiquée par la flèche I sur la fig. 3) doit être enregistrée afin qu'une impulsion de commande «conversion» soit appliquée à une entrée 44 du convertisseur 32. Sur le front de cette impulsion, les sorties BCD du convertisseur sont établies à zéro, et sur le flanc arrière, des sorties numériques BCD sont produites qui correspondent à la position initiale et elles sont stockées dans le compteur 38. Les verrouillages 40 reçoivent également ces signaux de sortie mais ne les transmettent pas en l'absence d'un signal d'établissement aux entrées 46. The control means (not shown) of the measuring device is arranged to apply various control signals to appropriate parts of the measuring cycle. At the start of each measurement, the initial position value (indicated by the arrow I in fig. 3) must be recorded so that a "conversion" command pulse is applied to an input 44 of the converter 32. On the front of this pulse, the BCD outputs of the converter are set to zero, and on the rear flank, BCD digital outputs are produced which correspond to the initial position and they are stored in the counter 38. The interlocks 40 also receive these output signals but do not transmit them in the absence of an establishment signal at inputs 46.

A la crête II (fig. 3) qui correspond à la position de mesure (c'est-à-dire quand l'essieu du camion est sur le point de la surface de la route où est faite la mesure) le moyen de contrôle applique une seconde impulsion de commande de «conversion» à l'entrée 44 du convertisseur 32. En même temps, des signaux sont appliqués par le moyen de contrôle aux entrées 48 des portes 36 pour empêcher le compteur 38 de recevoir les sorties du convertisseur, et un signal d'établissement est appliqué à l'entrée 46 des verrouillages 40. Ainsi, quand des formes BCD, de la valeur de position de mesure apparaissent aux sorties du convertisseur sur le flanc arrière de l'impulsion «conversion», elles sont introduites dans les verrouillages et à travers ies comparateurs 42. Le moyen de contrôle produit alors un signal de «validation» sur une ligne 45 qui est appliquée au compteur 38, et un train d'impulsions d'horloge d'une source 50 est appliqué au compteur 38. Chaque impulsion d'horloge ajoute 1 à la valeur stockée dans le compteur. Quand la valeur stockée dans chaque décade du compteur est égale à la valeur de position mesurée enregistrée sur le groupe correspondant de verrouillages, les comparateurs produisent tous des signaux aux sorties 52. Cela force le moyen de contrôle à inhiber le compteur 38 et à arrêter le train d'impulsions d'horloge. At ridge II (fig. 3) which corresponds to the measurement position (i.e. when the axle of the truck is on the point of the road surface where the measurement is made) the control means applies a second “conversion” command pulse to the input 44 of the converter 32. At the same time, signals are applied by the control means to the inputs 48 of the gates 36 to prevent the counter 38 from receiving the outputs of the converter, and an establishment signal is applied to the input 46 of the interlocks 40. Thus, when BCD forms, from the measurement position value appear at the outputs of the converter on the trailing edge of the "conversion" pulse, they are introduced into the interlocks and through the comparators 42. The control means then produces an "enable" signal on a line 45 which is applied to the counter 38, and a train of clock pulses from a source 50 is applied at counter 38. Each clock pulse adds 1 to the val eur stored in the meter. When the value stored in each decade of the counter is equal to the measured position value recorded on the corresponding group of interlocks, the comparators all produce signals at the outputs 52. This forces the control means to inhibit the counter 38 and to stop the clock pulse train.

On peut voir que le nombre d'impulsions d'horloge produites est égal à la différence entre la valeur de position initiale et la valeur de la position de mesure et qu'il représente la valeur.de M de mesure réelle requise sur la fig. 3. En conséquence, la source 50 est également utilisée pour alimenter un second compteur 54 par une porte tampon 56. Ce compteur est validé par un signal sur une ligne 47 en même temps que le compteur 38, et il compte le nombre d'impulsions d'horloge. Il est inhibé à la fin du train d'impulsions d'horloge puis il produit le signal numérique requis sous forme BCD. It can be seen that the number of clock pulses produced is equal to the difference between the initial position value and the measurement position value and that it represents the actual measurement value M required in FIG. 3. Consequently, the source 50 is also used to supply a second counter 54 by a buffer door 56. This counter is validated by a signal on a line 47 at the same time as the counter 38, and it counts the number of pulses. clock. It is inhibited at the end of the clock pulse train and then produces the required digital signal in BCD form.

Ainsi, on obtient un dispositif qui donne en toute fiabilité et avec précision un signal numérique à la sortie d'un transistor de déplacement, en tenant compte de l'erreur de zéro produite par la nature non fixe de la position initiale du transducteur. On peut l'utiliser en mesurant des petits déplacements sans perte de la précision. Thus, a device is obtained which reliably and precisely gives a digital signal at the output of a displacement transistor, taking into account the error of zero produced by the non-fixed nature of the initial position of the transducer. It can be used by measuring small displacements without losing precision.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

B B

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

628428 CLAIMS

1. Method for producing a digital signal at the output of a displacement transducer, characterized in that it consists in converting an analog signal at the output of an operating cycle of the transducer comprising an initial position (I) and a measurement position (II) in a digital signal, recording the values of the digital signal representing the initial position and the measurement position, and deriving the digital output according to the difference between said recorded values.

2. Method according to claim 1, characterized in that the aforementioned numerical value representing the initial position (I) is stored before recording of the aforementioned value representing the measurement position (II) and in that the aforementioned numerical value is then derived of the difference.

3. Method according to claim 2, characterized in that the above-mentioned initial position value is stored in a first counter (38), and after recording the value of the measurement position, clock pulses are applied to said first counter to increase the value stored there until it is equal to the measurement position value.

4. Method according to claim 3, characterized in that it consists in counting the number of clock pulses it takes to increase the value stored in the first counter (38) above until it is equal to the value of the measurement position.

5. Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises a converter (32) for converting an analog signal output from an operating cycle of said transducer comprising an initial position (I) and a measurement position (II) as a digital signal, means (38.40) for recording the values of the digital signal representing the initial position (I) and the measurement position (II), and means (42.50 , 54) to derive the digital output signal according to the difference between the recorded values.

6. Device according to claim 5, characterized in that it comprises means (38) for storing the digital value representing the initial position (I) before recording the value representing the measurement position (II).

7. Device according to claim 6, characterized in that the aforementioned storage means is a first counter (38), in that a comparator (42) is arranged to compare the output of the first counter with the recorded value of the position and in that a clock signal source (50) applies successive clock pulses to said first counter after recording the measured position value to increase the value stored therein until it is equal to the value of the measurement position.

8. Device according to claim 7, characterized in that it comprises a second counter (54) arranged to count the number of clock pulses required to increase the value stored in said first counter (38) until 'it is equal to the value of the measurement position.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the aforementioned means for recording the value of the measurement position comprises a lock (40).

10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that control means are provided which ensure recording of the initial and measurement values at the correct times in each measurement cycle.