CZ296779B6 - Zpusob pro udrzení obecne konstantní amplitudové odezvy na predem urcený merený vstup a zarízení k jeho provádení - Google Patents

Abstract

Zpusob pro udrzení obecne konstantní amplitudové odezvy na predem urcený merený vstup v zarízení pro merení zmen odporu, kdy se nejprve vytvorí pro ruzné zmeny odporu korekcní tabulka kompenzacních koeficientu zisku. Kompenzacní koeficienty zisku mají takovou hodnotu, která zabezpecuje generování konstantní amplitudové odezvy. Poté se inicializujeobvod (20) pro merení odporu a zesilovací obvod (30), nacez se k obvodu (20) pro merení odporu pripojí merený objekt. Stanoví se celkový odpor tohotomereného objektu a nastaví se zesílení zesilovacího obvodu (30) v souladu s príslusným, predem urceným kompenzacním koeficientem zisku z korekcní tabulky, odpovídajícím stanovenému celkovému odporu. Tím se pro merenou zmenu odporu generuje konstantní amplitudová odezva. Zarízení pro provádení uvedeného zpusobu obsahuje obvod (20) pro merení odporu, k nemu pripojený zesilovací obvod (30) uzpusobený pro zesilování mereného signálu na vnímatelnou úroven a indikacní obvod (24) pripojený k zesilovacímu obvodu (30) a uzpusobený pro vytvárení mereného signálu ve vnímatelné forme. Krome toho zarízenízahrnuje obvod (46, 50) pro nastavení citlivosti spojený se zesilovacím obvodem (30) a s indikacnímobvodem (24) pro automatické zvýsení citlivosti tohoto indikacního obvodu (24) pro vysoké promenné odpory ve druhé oblasti merené obvodem (20) pro merení odporu.

Description

Způsob pro udržení obecně konstantní amplitudové odezvy na předem určený měřený vstup a zařízení k jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu pro udržení obecně konstantní amplitudové odezvy na předem určený měřený vstup a zařízení k jeho provádění, které jsou aplikovatelné na měření a indikaci změn odporu živého těla.

Dosavadní stav techniky

S příchodem Lafayette R. Hubbardova zařízení pro měření a indikaci změn v měřeném objektu, například v živém těle, bylo dosaženo schopnosti rozlišit během elektro-mechanického měření malé změny tohoto odporu. Toto zařízení obsahuje obecně obvod měřící odpor, zesilovač a indikační obvod. Ačkoliv náležitě vyhovující určenému účelu detekce změn odporu měřeného objektu, nebylo schopné přesně zobrazit měřené změny. K překonání tohoto problému byla zkoušena různá zdokonalení, popsaná a vysvětlená v patentu US 3 290 589 a patentu US 4 459 995. Taková zařízení fungují na generování signálu typického pro malá měření odporu živého těla. Ten je potom zesílen na signál, který je již rozpoznatelný a použitelný pro indikátor lidem pochopitelný, jako je obrazový displej. Jeden problém těchto zařízení je, že nežádoucí složky signálu mohou maskovat nebo zavést chybu do výsledků malých měření. Tyto nežádoucí složky signálu mohou být způsobeny vysokofrekvenčním rušením a nebo vnitřními nelinearitami ve vlastním zařízení. Tedy, je potřeba zařízení, které dovede přesněji indikovat změny odporu, zejména se zaměřením na změny odporu živého těla.

Je znám i patent US 4 578 635, který popisuje zařízení při měření a indikaci změn odporu živého těla, kde jsou všechny změny odporu živého těla tímto zařízením automaticky zobrazeny na displeji. Jak je popsáno v tomto patentu ve sloupci, je regulátor citlivosti pouze regulátor zesílení, jehož zesílení se nastavuje proměnným regulátorem. Regulátor citlivosti je tedy v případě patentu US 4 578 635 vlastně pouze zesilovač, který má ruční řízení zesílení. Jako takový automaticky nezvyšuje, a ani nemůže zvyšovat, citlivost indikačního obvodu pro vysoký proměnný odpor.

Řešení podle patentu US 3 971 365 popisuje zařízení pro měření impedance biologického subjektu jako jsou konečky lidského těla. Patent popisuje systém pro měření impedance impedančního poměrového typu a automatickou řídicí jednotku zesílení reagující na detektor nuly pro automatické udržování systému v nulových podmínkách. Blokovací generátor spojený s regulátorem zesílení udržuje pevné zesílení na okamžité nulové hodnotě během doby, kdy je měřena impedance segmentu těla. V souladu s tím zařízení a způsob podle patentu US 3 971 365 nezabezpečuje automatické nastavení zesílení za účelem udržení konstantní amplitudové odezvy indikačního obvodu během měření změn v odporu měřeného objektu, například živého těla.

Patent US 4 252 130 popisuje způsob a zařízení pro určování přesného okamžiku, kdy segment biologického těla nebo hmoty zcela zmrzne, monitorováním velkého zvýšení impedance měřené mezi elektrodami implantovanými na okraji segmentu nebo hroty. Ani tento patent neumožňuje automatické nastavení zesílení zařízení za účelem udržení konstantní amplitudové odezvy na změny v impedanci nebo odporu.

Patent US 5 109 855 (Gunter) popisuje zařízení pro měření síly elektrického pole v lokalizované oblasti povrchu těla, do kterého bylo aplikováno elektrické pole, pohybem přijímací elektrody přes povrch těla v předem určené vzdálenosti od tohoto povrchu. Tento patent nepopisuje prostředek pro automatické nastavení zesílení zařízení za účelem udržení konstantní amplitudové odezvy na změny odporu, jako v našem případě.

- 1 CZ 296779 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob pro udržení obecně konstantní amplitudové odezvy na předem určený měřený vstup v zařízení pro měření změn odporu s eliminací nevýznamných artefaktů, jako je například vysokofrekvenční rušení či nelinearity ze signálu, kde toto zařízení má obvod pro měření odporu, zesilovací obvod a indikační obvod. Podstatou způsobu je, že se nejprve vytvoří pro různé změny odporu korekční tabulka kompenzačních koeficientů zisku, kde tyto kompenzační koeficienty zisku mají takovou hodnotu, která zabezpečuje generování konstantní amplitudové odezvy. Poté se inicializuje obvod pro měření odporu a zesilovací obvod, načež se k obvodu pro měření odporu připojí měřený objekt. Stanoví se celkový odpor tohoto měřeného objektu a nastaví se zesílení zesilovacího obvodu v souladu s příslušným předem určeným kompenzačním koeficientem zisku z korekční tabulky odpovídajícím stanovenému celkovému odporu, čímž se pro měřenou změnu odporu generuje konstantní amplitudová odezva.

Výhodné je, že celkový odpor měřeného objektu se stanoví pomocí ručního nastavování potenciometru, kterým se vyváží měřicí obvod a nastaví se rozlišovací mód pro stanovení celkového odporu měřeného objektu do jednoho z množiny předem určených rozlišovacích módů.

Dále se pak může nastavit zesílení zesilovacího obvodu přiřazením předem určených kompenzačních koeficientů zisku k předem určeným hodnotám změn odporu odpovídajícím změnám celkového odporu měřeného objektu.

K provádění tohoto způsobu je vytvořeno zařízení, které obsahuje obvod pro měření odporu, uzpůsobený pro měření odporu v první oblasti relativně nízkých proměnných odporů, pro měření odporu ve druhé oblasti relativně vysokých proměnných odporů měřeného objektu a pro vznik měřeného signálu, zesilovací obvod připojený k obvodu pro měření odporu a uzpůsobený pro zesilování měřeného signálu na vnímatelnou úroveň a indikační obvod připojený k zesilovacímu obvodu a uzpůsobený pro vytváření měřeného signálu ve vnímatelné formě. Podstatou zařízení je, že zahrnuje obvod pro nastavení citlivosti spojený se zesilovacím obvodem a s indikačním obvodem pro automatické zvýšení citlivosti tohoto indikačního obvodu pro vysoké proměnné odpory ve druhé oblasti měřené obvodem pro měření odporu.

V jednom provedení je obvod pro nastavení citlivosti uzpůsoben pro automatické nastavení citlivosti indikačního obvodu pro nízké proměnné odpory v první oblasti měřené obvodem pro měření odporu.

V dalším provedení obvod pro nastavení citlivosti zahrnuje řídicí obvod.

V jiném provedení obvod pro nastavení citlivosti zahrnuje napětím řízený operační zesilovač.

V dalším provedení obvod pro nastavení citlivosti zahrnuje dvojitý spřažený potenciometr.

V dalším provedení zařízení má obvod pro měření odporu ručně nastavitelný potenciometr a zesilovací obvod zde obsahuje kalibrační obvod pro automatické nastavení zesílení zesilovacího obvodu v odezvě na pohyb ručně nastavitelného potenciometru. V tomto případě je výhodné, pokud zařízení obsahuje počítačové rozhraní uzpůsobené pro poskytování simulovaného měřeného signálu. Rovněž tak je výhodné, aby zesilovací obvod zahrnoval operační zesilovač, který má mezi svůj kladný a záporný vstup zapojen kondenzátor. Stejně tak je výhodné když alespoň část kalibračního obvodu tvoří řídicí jednotka s mikroprocesorem a počítačově implementovaným softwarem pro konfiguraci kalibračního obvodu pro průměrné detekování změn potenciometru pro ruční nastavení a pro určení a nastavení rozlišovacího módu ze souboru předem určených rozlišovacích módů.

-2CZ 296779 B6

Dále možná realizace zařízení je, že kalibrační obvod zahrnuje zpětnovazební obvod měřeného vstupu připojený k obvodu pro měření odporu a uzpůsobený pro příjem signálu odpovídajícího měřenému vstupu, řídicí obvod spojený s tímto zpětnovazebním obvodem a uzpůsobený pro určení kompenzační hodnoty za použití měřeného vstupního signálu a kompenzační obvod reagující na řídicí obvod a uzpůsobený pro nastavení zesílení zesilovacího obvodu touto kompenzační hodnotou za účelem udržení obecně konstantní amplitudové odezvy. Toto zařízení může dále být uspořádáno tak, že kalibrační obvod zahrnuje řídicí jednotku s mikroprocesorem spojenou se zpětnovazebním obvodem a uzpůsobenou pro příjem signálů z tohoto zpětnovazebního obvodu a analogově číslicový převodník spojený se zpětnovazebním obvodem a uzpůsobený pro zjišťování diskrétních změn v signálech z tohoto zpětnovazebního obvodu. Kalibrační obvod zde může zahrnovat aktivační obvod pro aktivaci řídicího obvodu na základě změny nastavení uvedeného potenciometru pro ručení nastavení. V ještě dalším provedení kalibrační obvod obsahuje řídicí jednotku s mikroprocesorem v řídicím obvodu uzpůsobenou pro příjem signálů ze zpětnovazebního obvodu a počítačově implementovaný software pro konfiguraci řídicí jednotky s mikroprocesorem a pro generaci kalibračního signálu v odezvě na tyto signály. Kompenzační obvod pak může zahrnovat digitální potenciometr a je uzpůsobený pro zajišťování kalibračního vstupního signálu pro zesilovací obvod.

Je možné také provedení, kdy zesilovací obvod obsahuje kalibrační obvod pro automatické nastavení zesílení zesilovacího obvodu v odezvě na pohyb nastavovacího potenciometru, kde kalibrační obvod zahrnuje zpětnovazební obvod uzpůsobený pro přijímání signálů představujících celkový odpor měřeného objektu.

V jiném provedení zesilovací obvod obsahuje kalibrační obvod pro automatické nastavení zesílení zesilovacího obvodu v odezvě na pohyb nastavovacího potenciometru. Kalibrační obvod zde pak zahrnuje zpětnovazební obvod uzpůsobený pro příjímání signálů představujících celkový odpor měřeného objektu. Dále kalibrační obvod zahrnuje řídicí obvod spojený ze zpětnovazebním obvodem a uzpůsobený pro určení kompenzačního signálu odpovídajícího změně zesílení zesilovacího obvodu ze vstupního signál. Řídicí obvod zahrnuje kompenzační obvod uzpůsobený pro přijímání kompenzačního signálu a nastavení zesilovacího obvodu za účelem určení obecně konstantní amplitudové odezvy.

Zařízení může také obsahovat kryt obklopující obvod pro měření odporu, zesilovací obvod a indikační obvod, kde tento kryt je opatřen vrstvou vysokofrekvenčního izolačního nátěru.

Výhodou předloženého vynálezu je, že přesně indikuje malé změny odporu měřeného objektu a že dovede odstranit nežádoucí složky ze signálu představujícího odpor měřeného objektu, zejména živého těla.

Další výhodou předloženého vynálezu je, že citlivost zařízení je udržována na konstantní úrovni.

V souladu s úkoly, rysy a výhodami předloženého vynálezu je vytvořeno zdokonalené zařízení pro měření nebo indikaci elektrického odporu, přičemž sestává z obvodu měřícího odpor majícího vstupní svorky připojeny k měřenému objektu pro vytvoření měřících signálů představujících odpor měřeného objektu, například živého těla. Zesilovací odpor přijímá měřicí signál a zesiluje je na rozlišitelnou úroveň. Indikační obvod přijímá zesílené signály a poskytuje měřicí signály v rozlišitelné podobě. Předložený vynález výhodně obsahuje pasivní a aktivní zařízení pro odstranění nežádoucích složek měřicího signálu.

Charakteristický pro předložený vynález je aktivní kalibrační obvod. Kalibrační obvod je založen na dávání obecně konstantní amplitudové odezvy v indikátoru na danou změnu odporu z obvodu měřícího odpor. V předloženém provedení kalibrační obvod zpětnovazební část obvodu a řídicí část obvodu společně sledují činnost zařízení a předcházejí změnám amplitudové odezvy v indikačním obvodu. Také je obsažen kompenzátor pro přizpůsobení nebo kalibraci zesilovacího obvodu pro očekávané změny amplitudy.

-3CZ 296779 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím následujícího detailního popisu a prostřednictvím doprovodných výkresů zaměřených zejména na aplikaci při měření odporu živého těla, na kterých představuje obr. 1 funkční blokové schéma klasického zařízení pro měření odporu živého těla, obr. 2 funkční blokové schéma zařízení podle předloženého vynálezu, obr. 3 funkční blokové schéma navrženého obvodu pro mření odporu podle předloženého vynálezu, obr. 4A funkční blokové schéma navrženého zesilovacího obvodu podle předloženého vynálezu, obr. 4B funkční blokové schéma obvodu pro změnu odporu a obvodu zvyšujícího napětí, obr. 4C funkční blokové schéma zpětnovazebního a řídicího obvodu, obr. 5A-5D vývojový diagram hlavního programu, obr. 6 vývojový diagram programu pro zpoždění, obr. 7 vývojový diagram programu pro výběr měřidla, obr. 8 vývojový diagram programu pro nízké rozlišení analogově-digitálního převodu, obr. 9 vývojový diagram programu pro vysoké rozlišení analogově-digitálního převodu, obr. 10 vývojový diagram programu pro analogově-digitální převod, obr. 11 vývojový diagram programu pro analogově-digitální přerušení, obr. 12 vývojový diagram programu pro programové nastavení předzesilovače, obr. 13 vývojový diagram programu pro nastavení režimu rozlišení, obr. 14 vývojový diagram programu pro nalezení nízkého potenciálu napětí, obr. 15 vývojový diagram programu pro výběr hodnoty digitálního odporu a, obr. 16 vývojový diagram programu pro změnu hodnoty digitálního odporu.

Příklady provedení vynálezu

Předkládané zařízení, vysvětlené formou funkčního blokového schématu na obr. 2, zahrnuje vynálezecké znaky klasického obvodu „HUBBARD PROFFESIONAL MARK SUPER VII™“. Tento obvod navíc používá regulátor napětí 26 pro nastavení stabilních, stejnoměrných úrovní napětí v celém elektrickém obvodu. Číslicový obvod 28, řízený mikroprocesorem (tyto obvyklé 35 součásti nejsou ukázány), je používán pro sledováni signálů dodávaných na vodičích 31 z obvodu pro měření odporu, přičemž udržuje datumový a časový displej a podporuje různé běžné přepínací funkce. Vodiče 32 displeje poskytují signál pro běžný LCD hodinový a signál sledující displeje umístěné v indikačním obvodu 24. Číslicový obvod může také být typu uveřejněného v patentu US 4 702 259. Další vodiče 33 vedou od obvodu 26 regulátoru napětí, obvodu 20 pro 40 měření odporu 20 pro měření odporu a zesilovacího obvodu 30 a jsou připojené běžně k různým klasickým ručním řídicím prvkům (není naznačeno). Tyto vodiče mohou zabránit vysokofrekvenčním signálům způsobujícím vysokofrekvenční (RF, vf) rušení. V navrženém provedení předloženého vynálezu, obsahuje deska obvod induktory 35 táhnoucí se z přívodních vodičů 37 ručních ovládacích prvků. Takové ruční ovládací prvky mohou obsahovat přepínač funkce, níz45 konapěťový potenciometr, vzdálený nízkonapěťový potenciometr, ladicí proměnný rezistor a řízení citlivosti.

-4CZ 296779 B6

V souladu s předloženým vynálezem, zesilovací obvod 30 obsahuje obecně dva zesilovací stupně. Zesilovací obvod 34 pro příjem a logaritmické zesílení měřeného signálu. Druhý zesilovací obvod 36 připojený na výstup zesilovacího obvodu 34 pro stabilizování a zesilování zisku měřeného signálu. Rozhraní 40 počítače (interface) dodává signál do obvodu 38 převodníku napětí na proud pro použití v případech, kde je požadována simulace měřeného signálu. Obvod 38 převodníku napětí na proud připojený na výstup druhého zesilovacího obvodu 36,upravuje měřený signál do formy použitelné pro indikační obvod 24. Obvod 38 převodníku napětí na proud také tvoří zpětnou vazbu od druhého zesilovače a rozhraní 40 počítače. Obvod 42 proměnného obvodu je připojený ke druhému zesilovacímu obvodu 36 a zavádí zpětnovazební signál aby byl zesílen měřený signál z obvodu 20 pro měření odporu. Obvod 42 proměnného odporu obsahuje programovatelné segmenty které tvoří programovatelný obvod 44 nízkého zesílení a programovatelný obvod 46 vysokého zesílení. Samostatný přepínatelný předzesilovač 48 je připojený k obvodu 42 proměnného odporu pro ruční nastavení zesílení. K obvodu 42 proměnného odporu je také připojen kalibrační obvod 50. Kalibrační obvod 50 pracuje jako kalibrační prostředek pro nastavení výstupu zesilovacího obvodu. V právě předloženém provedení obsahuje kalibrační obvod 50 zpětnovazební obvod 52, řídicí obvod 54 a kompenzační obvod 55.

Obvod měřící odpor v přednostním provedení (obr. 3) je typu napěťového děliče. V napěťovém děliči je vyšší potenciál 56 napětí spojen v sérii s prvním napětí dělícím rezistorem 58. První odpor může použít proměnný rezistor 60 pro nastavení nebo posunutí hodnoty prvního odporu. Běžný kontrolní přepínač 62 měřidla je buď nastavován ručně neboje řízen číslicovým obvodem 28, přičemž různě nastavuje cestu děličem napětí mezi párem vnějších vodičů 66 a 64 pro připojení k měřenému objektu, například k živému tělu a 5k ohmovým rezistorem 68, jenž slouží jako kontrolní odpor místo měřeného objektu, zde tedy živého těla. Klasické elektrody určené pro připojení k měřenému objektu jsou připojeny přes zástrčky, což není zakresleno. Když je zástrčka fyzicky zasunuta, jsou vnější vodiče 64 a 66 záměrně připojeny k měřenému objektu. Když je zástrčka vyjmuta, druhý spínač 70 spojí vodič 66 s vysokým potenciálem napětí na 5k ohmový rezistor 68. Současně je kapacitor 72 připojen mezi vnější vodiče 64 a 66 v sérii s induktorem 86. Induktor 86 a kapacitor 72 slouží k potlačení rušivých signálů. Druhý napětí dělící odpor je zařazen mezi řídicí přepínač měřidla a výstupní svorku 88. Třetí napětí dělící odpor 74 je sériově připojen mezi výstupní svorku 88 a nízký potenciál 76 napětí.

Hodnota nízkého potenciálu napětí je ručně nastavitelná pomocí ručního nastavovacího zařízení 78. Přednostně, řízení 78 pro ruční nastavení obsahuje běžec 80 nastavitelného potenciometru 82 zapojený mezi vysokým a nízkým potenciálem napětí. Obvod 80 běžce obsahuje induktor 87 normálně zapojený v sérii přes analogový přepínací obvod 90 na svorku 91 a kapacitor 92 propojený na zem pro minimalizaci rušení. Zařízení 78 pro ruční nastavení může být běžně vestavěný nastavitelný potenciometr 82 nebo externí nastavitelný potenciometr 94. Externí nastavitelný potenciometr 94 je také připojen přes svorky 96 a 98 vysokého a nízkého napětí a svorku 100 běžce k analogovému přepínacímu obvodu. Externí nastavitelný potenciometr 94 rovněž obsahuje REM nebo dálkový signální vodič 102 a zemní vodič 104. Analogový přepínací obvod 90, který může běžně obsahovat ruční přepínač nebo napěťový dělič a spínače připojené k analogovému přepínači (není naznačeno), které selektivně připojují interní nebo externí potenciometr. Ve druhém případě je volba potenciometru prováděna podle napěťového REM stavu signálního vodiče 102. Signál je udržován „high“ (vysoký, tzn. na log. 1), jestliže je používán vnitřní nastavitelný potenciometr 82 a je připojen na zem 104 pomocí vodiče 106 v externím potenciometru. Hodnoty napětí na běžci 91 vysoké a nízké úrovně napětí z potenciometru jsou posílány do číslicového obvodu 28 (obr. 2) pro výpočet signálu čtení digitálního potenciometru. Výstupní vedení 91 běžce je posláno přes signálový buffer 112 sestávající z napěťového sledovače pro předcházení proudovým ztrátám v nízkém potenciálu 76 napětí.

S odkazem na vysvětlení obrázků 4A, B a C, zesilovací obvod 34 přijímá měřený signál tvořený signálem na výstupní svorce 88 obvodu pro měření odporu. Zesilovací obvod 34 sestává z operačního zesilovače (op-amp) 124 majícího kladný vstup 126 připojen na výstupní svorku 88

-5 CZ 296779 B6 obvodu 20 pro měření odporu (obr. 1). Operační zesilovač 124 je zapojen jako napěťový sledovač se zpětnou vazbou 128 zavedenou z výstupní svorky 130 operačního zesilovače na záporný vstup 132. Kapacitor 134 připojený mezi kladný 126 a záporný 132 vstup pomáhá tlumit vysokofrekvenční rušení v měřeném signálu. Výstupní svorka 130 operačního zesilovače paralelně se 5 zpětnovazební smyčkou 136 tvoří negativní vstup do operačního zesilovače 138, který tvoří první stupeň zesilovače. Rezistor 140 je zapojen v sérii s výstupem 130 napěťového sledovače. Rezistor 140 je připojen na přednastavený potenciometr 142 a výstupní svorku 144 prvního stupně zesilovače přes dvě paralelní odporové větve. První větev sestává z rezistoru 146 zapojeného mezi přednastavený potenciometr 142 a první rezistor 140. Druhá větev sestává z klasického, ío uživatelem nastavitelného potenciometru připojujícího se na elektrody 148 připojené v sérii s rezistorem 150 a přednastavený potenciometr 142. Uživatelem nastavitelný potenciometr (není naznačen) slouží jako potenciometr pro nastavení citlivosti. Elektrody 148 potenciometru pro nastavení citlivosti obsahující snímací vodič 152 připojený na zápornou vstupní svorku 154 prvního stupně zesilovače přes induktor 156. Na kladnou vstupní svorku 158 prvního stupně operač15 ního zesilovače je přivedeno referenční napětí 160 z napěťového regulátoru 26 poskytujícího pevnou referenci 5,25 voltů. Napěťová referenční svorka 160 je také spojena s odporovou zpětnovazební větví, která sestává z druhého přednastaveného proměnného rezistoru 162 a pevného rezistoru 164 připojeného na výstupní svorku 166 prvního zesilovacího obvodu. Výstup 144 prvního stupně zesilovače je také spojen s výstupní svorkou 166 přes pevný rezistor 170. Odborníci 20 v oboru ocení, že konfigurace tohoto prvního stupně zesilovacího obvodu tvoří tlumený součtový zesilovač, který sčítá dohromady hodnotu signálu výstupní svorky 88 z obvodu 20 pro měření odporu zesílený ziskem operačního zesilovače 138 a hodnotu referenčního napětí 160. Operační zesilovače 124 a 138 obvodu prvního stupně jsou metody OP420 vyrobené firmou Analog Devices, Inf. Of Norwood, Massachusetts. Výstupní svorka 166 tohoto sečteného, zesíleného signálu 25 je připojena na druhý stupeň zesilovacího obvodu 36. První zesilovací obvod rovněž mění logaritmicky zesílení přístroje od 1 do 10 tak, jak je měněn proměnný rezistor 142 od nízké do vysoké hodnoty odporu.

Ve druhém stupni zesilovacího obvodu 36 je obsažen operační zesilovač 172 typu Model OP90 30 vyrobený firmou Analog Devices, lne. s proměnnou odporovou zpětnovazební větví. Tento zvláštní typ zesilovače vyžaduje kompenzaci nesymetrie použitím proměnného rezistoru 174 připojeného na zem 176 přes běžec 178. Ostatní typy zesilovačů vhodné k tomuto účelu nevyžadují takový obvod. Výstupní svorka 166 prvního stupně zesilovacího obvodu 34 je připojena na kladnou vstupní svorku 180 operačního zesilovače 172 druhého stupně. Obvod 42 proměnného 35 odporu zavádí zpětnou vazbu do záporné vstupní svorky 182 druhého zesilovače 172. Výstupní svorka 184 druhého stupně zesilovače 172 je připojená kjedné bráně 186 zvíce přepínatelných brány 186-187. Tyto brány 186-187 selektivně připojují převodník 38 napětí na proud ke druhému stupni 36 zesilovače a k rozhraní 40 počítače. Přepínání je zajištěno číslicovým obvodem 28 v závislosti na volbě uživatele klasickým způsobem.

Rozhraní 40 počítače je připojeno přes přepínatelné brány 188 a 189 na převodník 38 napětí na proud. Rozhraní 40 počítače sestává ze zesilovače 190 obdobného jako ve druhém stupni obvodu se svorkou E-IN 192 připojenou ze signálové sběrnice ke kladné vstupní svorce 194 zesilovače. První kapacitor 196 tvoří filtrovanou zpětnou vazbu a je zapojen mezi zápornou vstupní svorku a 45 výstup zesilovače 190. Záporná vstupní svorka je dále připojena na napěťový dělič, jenž tvoří zpětnovazební obvod, přičemž sestává z referenčního napětí 201, dvou předpěťových rezistorů 202 a 203, přepínatelné brány 188 a třetího rezistoru 204 připojeného na zem. Svorka E IN 192 rozhraní počítače přijímá reprodukovaný signál nebo napodobený signál zaznamenaný v předchozím cyklu a opakuje výstup na indikační obvod, přičemž používá zesilovače 190 rozhraní 50 počítače. Signálová svorka E-OUT 206 přijímá signály indikující změny odporu měřeného objektu, zde živého těla z indikačního obvodu měřeného objektu, zde živého těla z indikačního obvodu 24 a přenáší měřené signály do rozhraní 40 počítače.

Převodník 38 napětí na proud sestává z tranzistoru 208 majícího emitor 210 připojený na „vyso55 ké“ napětí 201 přes předpěťový rezistor 202 a přepínatelné brány 187 a 188. Svorka 212 báze je

-6CZ 296779 B6 připojená na „vysoké“ napětí přes předpěťový rezistor 214 a dvě sériové diody 216-217 zpětně polarizované vzhledem ke svorce 212 báze. Diody 216-217 spojují navzájem přes brány 186 a 189 výstup druhého stupně zesilovače 172 a na výstup zesilovače v rozhraní počítače. Kolektor tranzistoru tvoří výstupní svorku 221 připojující se na indikační obvod 24. Obvod 42 proměnného odporu (obr. 4B) zahrnuje programovatelný obvod 44 nízkého zesílení a programovatelný obvod 46 vysokého zesílení. Změny nízkého potenciálu 76 z obvodu měřícího odpor (obr. 3) rozhodují o tom, který z těchto obvodů proměnného odporu bude používán pro zajištění proměnného zisku tak, jak bude popsáno dále. Obvod 42 proměnného odporuje připojen přes vodiče 226 a 228 (obr. 4A a 4B) mezi zápornou vstupní svorku 182 operačního zesilovače a přes přepínatelnou bránu 187 na převodník 38 napětí na proud a zdroj 201 napětí přes rezistor 202. Kapacitor 223 zapojený mezi kladnou a zápornou vstupní svorku 180 a 182 tvoří další útlum vysokofrekvenčních rušivých signálů. Programovatelný obvod 46 vysokého zesílení obsahuje čtyři obvodové segmenty připojené paralelně mezi dvě svorky 226 a 228 odporu proměnného odporu. První segment tvoří kapacitor 230. Druhý segment tvoří přepínatelná brána 232 a rezistor 234, třetí segment tvoří přepínatelná brána 236 a rezistor 238. Čtvrtý stupeň sestává ze tří rezistorů 240242 spojených v sérii. Dvě přepínací brány 232 a 236 jsou řízeny oddělenými přepínacími obvody předzesilovače 48. Programovatelný obvod 44 nízkého zesílení sestává ze samostatné přepínatelné brány 244 připojené na kalibrační obvod 50, o němž je detailně hovořeno dále a třech paralelně spojených větví. Každá větev programovatelné části nízkého zesílení sestává ze samostatné přepínatelné brány 246. 248 a 250 sériově spojené s vlastními rezistory 252, 253 a 254 selektivně připojovanými od obvodu v závislosti na nastavení izolovaného přepínatelného předzesilovacího obvodu 48.

Přepínatelný předzesilovací obvod 48 obsahuje přepínač 256 s pohyblivým kontaktem 258, umožňující tři jednotlivá nastavení, nízké (LOW) 260, normální 262 (NORMÁL) a vysoké (HIGH) 264. Svorky 260, 262 a 264 jsou všechny připojeny na zem přes vlastní snižující rezistory 268, 267 a 266. Brány, do kterých je každá ze samostatných svorek připojena, jsou uzavřeny, když je detekováno zemní napětí. Pohyblivý kontakt 258 přepínače 256 obsahuje kladnou nebo vysokou úroveň napětí. Jestliže je pohyblivý kontakt spojen s jedním z obvodů, LOW 260, NORMA 262 nebo HIGH 264, připojená svorka je posunuta na vysokou úroveň napětí. Přepínatelná brána připojená na každou svorku otevře přepínaný obvod, jestliže je detekováno vysoké napětí. Programovatelný obvod vysokého zesílení je vždy v činnosti, dokonce i v režimu programovatelného nízkého zesílení. Vstupní signál z prvního stupně zesilovače je dále zesilován podle nízkého, normálního a vysokého nastavení předřazeného přepínače, který mění zesílení operačního zesilovače v lineárním desetinném měřítku. Operační zesilovač druhého stupně poskytuje další zesílení podle předřazeného přepínače tak, že zesílení je násobeno 1 v pozici přepínače LOW, 10 v pozici přepínače NORMÁL a 100 v pozici přepínače HIGH. Navíc operační zesilovač druhého stupně umožňuje změnu zesílení do 0,7x do 50x, které je zcela řízeno MCU. Protože řízené zesílení je nezávislé na citlivosti a předzesílení, může být považováno za třetí stupeň. Každý z těchto tří stupňů se podílí na celkovém zesílení, takže výstupní zesílení je produktem těchto tří stupňů. Nejmenší možné zesílení je 1,0 x 1,0 x 0,7 = 0,7 a největší možné zesílení je 10 x 100 x 50 =50 000.

Řídicí a zpětnovazební obvod označený zde jako celek vztahovým číslem 50 jako kalibrační obvod (obr. 4C) obstarává aktivní kalibraci zesilovače v odezvě na změny nebo posuv ručního nastavovacího zařízení 78 obvodu 20 pro měření odporu. Řídicí a zpětnovazební obvod připojený na proměnný odpor na záporné vstupní svorce 182 operačního zesilovače je znázorněn vodičem 356 (obr. 4C) spojujícím sériově vodič 226 (obr, 4B) a záporný vstup 182 operačního zesilovače 172 a řídicí a zpětnovazební obvod připojený na řídicí připínací vodic 272 (obr. 4b a 4c) programovatelné přepínatelné brány 244 zesílení low/high. Řídicí a zpětnovazební obvod, tedy kalibrační obvod 50, může být použit pro aktivní kalibraci v závislosti na jakékoliv změně v obvodu, které mohly být způsobeny nežádoucí složkou v měřeném signálu. V právě předloženém provedení řídicí a zpětnovazební obvod sleduje a reaguje na změny ručního nastavovacího zařízení 78. S ohledem na obr. 3 a obvod pro měřicí odpor je možné vidět, že ruční nastavovací zařízení 78 řídí nízký potenciál 76 napětí napěťového děliče. Odborníci v oboru ocení, že změny nízkého

-7CZ 296779 B6 potenciálu napětí inverzně mění užité napětí za napěťovým děličem. Jak je měřeno užité napětí za napěťovým děličem, pracovní rozsah, který definuje maximální hodnoty měřeného signálu 88, se také mění opačně k hodnotě na svorce 76 nízkého potenciálu. Tato změna v pracovním rozsahu ovlivňuje rozsah indikátoru, který definuje maximální hodnoty poskytované na indikačním obvodu 24. by byl udržen rozsah indikátoru na kalibrované konstantní úrovni v indikačním obvodu 24, nastavuje zpětnovazební a řídicí obvod zpětnovazební zesílení druhého stupně zesilovacího obvodu pro kompenzaci změn pracovního rozsahu měřeného signálu 88. Dále bude oceněno, že když je nízký potenciál 76 napětí nastaven téměř shodný s horní úrovní 56 napětí je napěťový rozsah, ve které může být měřen rozdíl odporů, velmi malý. Pro tak malé rozsahy je potřebný programovatelný obvod velkého zesílení. V celém rozsahu hodnot nízkého potenciálu napětí nastavuje zpětnovazební a řídicí obvod výstup operačního zesilovače nastavováním zesílení na záporné vstupní svorce operačního zesilovače. Aby bylo možné provést nastavení zesílení na záporné vstupní svorce operačního zesilovače a přepínání mezi režimy s programovatelným vysokým a programovatelným nízkým zesílením, obsahuje zpětnovazební a řídicí obvod zpětnovazební obvod 52, řídicí obvod 54 a kompenzační obvod 55.

Zpětnovazební obvod 52 zpětnovazebního a řídicího obvodu obsahuje svorku připojenou na svorku nízkého potenciálu napětí 76 a ta je připojena přes rezistor 306 na svorku nízkého rozlišení 308 do MCU a obsahuje kapacitor 310 připojený na zem pro filtraci signálu. Výstup rezistoru 306 je rovněž zapojen na kladnou vstupní svorku 312 operačního zesilovače 314. Záporná svorka 316 operačního zesilovače sestává z obvodu nastavujícího zesílení obsahujícího odporovou zpětnovazební větev 318 v sérii s potenciometrem 324 a kapacitní větev 320, zapojené paralelně mezi zápornou vstupní svorku 316 a výstupní svorku 322. Potenciometr 324 je vyvářen pomocí páru pevných rezistorů 326 a 328 a proměnného rezistoru 330 pro nastavení požadované nesymetrie zesílení. Svorka vysokého rozlišení 332 je připojena na výstup operačního zesilovače s vysokou rozlišovací schopností 314 přes rezistor 331.

Řídicí obvod 54 obsahuje mikrořadič (MCU) označený jako řídicí jednotka 334 typu model č. ST62TI0B6/SWD vyráběný firmou Thompson Electronic of Carrolton, Texas. V tomto zvláštním případě řídicí jednotka 334, rovněž běžně označovaná jako centrální procesorová jednotka (CPU), obsahuje první osmibitovou bránu softwarově konfigurovanou pro příjem ze dvou výstupních svorek 308 a 332 zpětnovazebního obvodu samostatně přes vývody 14 a 15. Tyto vývody jsou v obvodu připojeny na vnitřní analogově digitální převodník obsažený v MCU a který je zaměřen na rozpoznání jednotlivých změn vstupního signálu v rozsahu 0 až 255 vzestupných kroků. Vstup nízkého rozlišení se mění spojitě jak je zařízení 78 pro ruční nastavení nastavováno v rozsahu od 0,5 do 6,5, který koresponduje s rozsahem napěťových změn přibližně 1,4 voltu až 5,2 voltu. Vstup vysokého rozlišení je aktivní, ale napětí není aktuálně měněno dokud není zařízení 78 pro ruční nastavení výš než zhruba 4,8 voltu. Pod touto úrovní vstup vysokého rozlišení zůstává na zhruba 0,7 voltu (jeden přičitatelný napěťový krok nad úrovní země). Vstupní rozsah vysokého rozlišení je kalibrován pro dosažení 1,00 voltu, když zařízení 78 pro ruční nastavení dosáhne 5,0 V a napětí dále lineárně roste do přibližně 5,2 voltu právě, když zařízení 78 pro ruční nastavení vyroste na 6,5 voltu.

Řídicí obvod 54 (obr. 4C) také obsahuje klopný spouštěcí obvod, tedy aktivační obvod 336. Řídicí obvod 54 je potřeba je během periody, kdy je zařízení 78 pro ruční nastavení v přechodovém stavu. Protože je tato činnost občasná, obsahuje řídicí obvod 54 klopný obvod 338 šetřící energii (sleep flip—flop). Klopný obvod 338 ie S-R klopný obvod typu model č. 4013B vyrobený firmou Motorola. Vodič 340 z číslicového obvodu 28 (obr. 2) spouští přijímací bránu normálně nastaveno na „vysoké“ napětí 341. Jestliže číslicový obvod detekuje změnu na výstupní svorce nízkého potenciálu 91 (obr. 3), změní signál z „vysokého“ a „nízký“ vysílaný na vodiči 340 do indikačního obvodu 24. Tento vodič 340 je rovněž připojen ke spouštěcímu aktivačnímu obvodu 336. Jestliže úroveň 340 je vztažena k zemi nebo „nízké“ úrovni, klopný obvod 338 změní signálový výstup 342 a pošle signál přerušení do MCU, který způsobí „probuzení“ MCU.

-8CZ 296779 B6

Řídicí obvod 54 obsahuje napájecí a zemnicí vodič 344 a 346 připojené normálním způsobem na vývody 1, 2, 5, 6 a vývody obvodu 20 pro měření odporu. Nulovací (reset) obvod 348 MCU je připojen k vývodu 7 MCU. Nulovací spínač je načasován tak, aby přivedl nulovací signál na vývod 7 v případě výpadku napájení obvodu. Nulování je navrženo tak, aby překlápělo stavy on/off, jakmile napětí přejde přes 4,5 voltu. Jak napětí roste od nuly a blíží se ke 4,5 voltu, nulování zůstane ve stavu off. Když napětí převýší 4,5 voltu, nastaví se nulování do stavu on a zůstane v tomto stavu tak dlouho, dokud je napětí větší než 4,5 voltu. Nulování se nastaví do stavu off jakmile napětí poklesne pod 4,5 voltu a zůstane ve stavu off dokud napětí zůstane pod 4,5 voltu. Hodiny 350 pracujíc na 4 MHz jsou připojeny na výhody 3 a 4 a jsou typu model č. PX400 vyrobeném firmou Panasonic.

Řídicí obvod 54 je shodný v závislosti na zpětnovazebním obvodu 52 a programovém řízení generovat kalibrační signál Kalibrační signál je poslán přes vodič 356 přes vývody 18 a 19 MCU do kompenzačního obvodu 55.

Kompenzační obvod 55 podle předloženého provedení sestává z digitálně řízeného proměnného rezistoru nebo digitálního potenciometru 354. Digitální potenciometr 354 je typu model č. X9C103 vyrobeného firmou Xicor of Milpitak, Califomia. Digitální potenciometr 354 dostává vstupní referenční napětí TA-Ref 160, které dodává vstupní signál Výstupní vodič 357 obvodu proměnného odporu, jenž je zabezpečen proti vysokofrekvenčnímu rušení kapacitorem 358 připojeným na zem, je připojen na záporný vstup 182 druhého operačního zesilovače vodičem 226, obr. 4A. Tento vodič je rovněž označen jako R+ na obr. 4A a 4C. Odpor digitálního potenciometru 354 se mění v závislosti na kalibračním signálu z MCU, tedy z řídicí jednotky 334. Změny proměnného odporu slouží pro působení proti účinku předpokládaných nežádoucích složek v měřeném signálu.

S odkazem na obr. 4A, B a C, spolupracuje řídicí jednotka 334 se zpětnovazebním obvodem 52 a řídicím obvodem 54, přičemž je řízený programovaným vybavením, které nastavuje běžný MCU, tedy řídicí jednotku 334 tak, aby aktivně sledoval obvod aby provedl kalibrační funkci. Softwarový program se skládá z hlavního programu a jedenácti podprogramů. Odkazy na TA ve vývojových diagramech korespondují s ručně nastavitelným zařízením 78. Přednostní provedení každého z nich je popsáno dále.

Hlavní program označený zde jako software 400 (obr. 5A-B) sestává z inicializační procedury, která sestává z kroků nastavení adres vektorů přerušení 401 a konfigurace hardwaru MCU a bran 402. Následující zpožďovací smyčka je prováděna proto, aby bylo umožněno ustálení vývodů na jejich definovaných úrovních. Tato smyčka sestává z kroku 403 inicializace čítače a do-until (dělej-dokud není) smyčky 404, která volí podprogram zpoždění ve dvou cyklech. V dalším kroku 408 je nastaven digitální potenciometr. Rozsah digitálního potenciometru je rozdělen do 100 přičítajících se kroků a jsou stanoveny kladné a záporné meze. Další procedura pro konfiguraci digitálního potenciometru (clkdp) 410 je prováděna pro nastavení počáteční hodnoty pro digitální rezistor. Po konfigurační proceduře je následně vykonán podprogram pro výběr typu měřidla (selmeter) 412. Po ukončení podprogramu pro výběr typu měřidla 412 je dokončen inicializační program a začíná režim aktivní kalibrace.

Režim aktivní kalibrace je hlavní podprogram vykonávaný pomocí řadiče řídicí jednotky 334 (obr. 4C) a stále se opakuje během doby, kdy je MCU aktivní. Nejdříve je klopný obvod šetřící energii nestaven pro detekci změny úrovně TA v kroku povolení detekce TA 414. Další je volán podprogram měření TA potenciometru v úrovni nízkého rozlišení (a2d low) 416. Podprogram pro nastavení regulátoru (setboost) 418 určuje a nastavuje brány regulátoru pro vysoké nebo nízké programovatelné zesílení. Podprogram pro nastavení režimu (setmode) 420 poté určuje a nastavuje rozlišovací schopnost vnitřně na úroveň „HI“ nebo „LOW“. Potom je rozlišovací schopnost ověřována v kroku pro ověření rozlišení 422. Pokud je příznakový bit rozlišení nastaven do úrovně „vysoký“ (log. 1), je vyvoláno měření TA v podprogramu pro vysoké rozlišení 424 (a2dhigh). V opačném případě není provedeno žádné měření. V dalším kroku určí podprogram

-9CZ 296779 B6

TA find (TA fínd) 426 hodnotu TA. Další, zobrazen na obr. 5C-1, podprogram pro nastavení digitálního potenciometru (dpset) 428 vymezí potřebný stupeň kalibrace. Další je vyvolán program clkdp 430 pro nové nastavení digitálního potenciometru do požadované nové kalibrační úrovně. Následně po kalibraci kompenzátoru, je provedena kontrola změny úrovně TA, krok432. Pokud došlo ke změně potenciometru TA, je v kroku 434 vymazán klopný obvod šetřící energii a hlavní program se vrátí do kroku povolení TA 414. V jiném případě pokračuje hlavní program krokem nového nastavení klopného obvodu 436 pro zabezpečení správného nastavení klopného obvodu šetřícího energii.

Dále, s odkazem na obr. 5C-1, je v kroku 438 nastaven registr čítače pro tři vzorkovací pracovní smyčky. Jak je ukázáno na obr. 5C-2, ověření vysoké rozlišovací schopnosti, krok 440, je-li zjištěna vysoká, vyvolá podprogram pro měření TA s vysokou rozlišovací schopností. V opačném případě je vyvolán podprogram pro měření TA s nízkou rozlišovací schopností. Další krok 446 ukládá naměřený vzorek do paměti. Krok 448 dekrementuje čítač vzorků a kontroluje konec vzorkování, přičemž se vrací do kroku pro kontrolu rozlišení, pokud zjistí méně než tři vzorky.

V opačném případě program inicializuje testování navzorkovaných dat. Účelem testování je rozhodnout, zda operátor dokončil nastavení zařízení pro ruční nastavení do nové polohy. MCU pozná, že operátor prostřídal zařízení a měření je teď ustálené, pokud jsou dva ze tří vzorků stejné. Aby mohly být provedeny další kroky další vzorkování dat pro rozhodnutí, zda operátor dokončil nastavení zařízení pro ruční nastavení, obsahuje přednostní provedení tři podmínkové kroky 450 (obr. 5C-2), 452 obr. 5D-1) a 454 (obr. 5D-1). V prvním testovacím kroku 450 je porovnáván první vzorek s druhým datovým vzorkem. Jsou-li první a druhý datový vzorek stejné, testování se zastaví a program pokračuje krokem ke kontrole stavu TA 456 (obr. 5D—1).

V opačném případě testování pokračuje druhým testovacím krokem 452. který porovnává první datový vzorek se třetím datovým vzorkem. Jsou-li první a třetí datový vzorek stejné, testování se zastaví a program pokračuje krokem pro kontrolu stavu TA 456. Jinak se program vrátí na začátek kalibračního programu na krok povolení TA 414 (obr. 5B).

Pokud jsou nějaké dva vzorky stejné, znamená to, že ruční nastavení bylo dokončeno a přítomná data jsou platná, je proveden krok pro kontrolu stavu TA 456 aby rozhodl, zda se zařízení pro ruční nastavení pohnuto od doby vzorkování kontrolou klopného obvodu TA. Pokud byl klopný obvod spuštěn, je v kroku 458 (obr. 5D-1) vynulován a nastaven do výchozího stavu a program se vrací ke kroku 414 povolení TA. V opačném případě je kompenzátor znovu zkalibrován podle následující posloupnosti: a2d low 416 (obr. 5B), program setboost 460 (obr. 5D-1), podprogram tafind 462 (obr. 5D-1), podprogram odset 464 (obr. 5D-2), a podprogram clkdp 466 (obr. 5D-2). Potom je TA klopný obvod znovu kontrolován z hlediska pohybu 468 (obr. 5D-2). Došlo-li k posunu, je TA klopný obvod vynulován 470 a program se vrací ke kroku 414 povolení TA.

V opačném případě program vstoupí do režimu „spánku“ (sleep) 472 pro šetření energie a potlačení šumu. Aktivní část technického vybavení MCU sleduje vstupní signál z TA klopného obvodu. Pokud přijde přerušení, MCU se „probudí“ v kroku 474 a vrátí se ke kroku kontrola pohybu TA 468. Tedy hlavní program provádí kalibraci zesilovacího obvodu.

Režim spánku byl shledán užitečným, protože jinak by řídicí jednotka 334 stále kalibrovala zesilovací obvod. To by mělo za následek periodické skoky na výstupu indikačního obvodu, které by neodpovídaly obvodu pro měření odporu. Režim spánku eliminuje náhodné skoky a stabilizuje kompenzační obvod nastavením řídicího obvodu do režimu spánku v průběhu dlouhých stabilních period.

Jak bylo diskutováno výše ve vztahu k hlavnímu programu, podprogramy vykonávají určité úkoly v průběhu hlavního programu. Tyto podprogramy budou popsány postupně tak, jak jsou volány z hlavního programu.

Podprogram zpoždění (dly 1) 480 sestává z kroku pro nastavení konstanty 482 pro zpožďovací smyčku, kroku dekrementace 484, a kroku pro kontrolu, zda je konec smyčky 486. Po vykonání smyčky pro požadovaný počet cyklů se podprogram vrací do programu odkud byl volán.

-10CZ 296779 B6

Podprogram pro výběr typu měřidla (selmeter) 440 je vyvolán v inicializační části programu. Předložený zpětnovazební a řídicí obvod předloženého vynálezu může být proveden jako jakýkoliv již existující V-metr požívající napěťový dělič nebo odporový můstek typů popsaných výše a připojených odkazy. Obvod a programové vybavení předloženého vynálezu může být nastaveno tak, aby pracovalo buď s napěťovým děličem jak byl po psán v přednostním provedení nebo s podporovým můstkem. Podprogram pro výběr měřicího zařízení kontroluje vývod portu na MCU. Tento vývod je buď nastaven na (log.) úroveň napětí „high“ nebo „low“ v závislosti na typu použitého měřicího obvodu. Podprogram pro výběr měřicího zařízení 490 sestává z kroku 492 pro test vývodu. Je-li vývod na log. úrovni napětí „high“ je proveden inicializační krok 494 pro použití napěťového děliče. V opačném případě je proveden inicializační krok 496 pro použití odporového můstku. Po dokončení jednoho z inicializačních kroků, se program vrátí do hlavního programu.

Podprogram a2dow 500 měří úroveň TA v režimu s nízkou rozlišovací schopností. Podprogram obsahuje iniciační krok 502 pro nastavení vnitřního A/D převodníku MCU pro režim s nízkou rozlišovací schopností. Potom je krokem 504 vyvolán podprogram A/D převodníku (a2d). Po návratu je A/D převodník nastaven do výchozího stavu, krok 506 a podprogram se vrací do programu, který ho zavolal.

Podprogram a2dhigh 510 měří úroveň TA v režimu s vysokou rozlišovací schopností. Podprogram sestává z inicializačního kroku 512 pro nastavení vnitřního A/D převodníku MCU pro režim s vysokou rozlišovací schopností. Potom je vyvolán 514 podprogram a2d. Po návratu je A/D převodník nastaven do výchozího stavu a podprogram se vrací do programu, který ho zavdal.

Použití režimů s vysokou a nízkou rozlišovací schopností umožňuje vnitřnímu 8-bitovému A/D převodníku pracovat jako 12-ti bitový A/D převodník, který je požadován pro celý napěťový rozsah 0-5,2 voltu, přičemž nízká rozlišovací schopnost je v rozsahu 1-4,8 voltu a vysoká rozlišovací schopnost v rozsahu 4,8-5,2 voltu. V režimu s nízkou rozlišovací schopností snímá A/D převodník napětí pohyblivého kontaktu TA přímo, takže napěťový rozsah 1,4 voltu až 5,2 voltu koresponduje s dekadickými hodnotami přibližně 67 až 255. V režimu s vysokou rozlišovací schopností A/D převodník vidí vstupní rozsah 1,0 až 5,2 voltu, který přibližně koresponduje s rozsahem 4,8 voltu až 5,2 voltu, jenž odpovídá ve stejném pořadí dekadickým hodnotám 49 až 255.

Podprogram a2d 520 v kroku 522 pro měření analogického signálu převádí analogový signál na vývodu 14 mCU na digitální hodnotu, když je vyvolán z podprogramu a2dlow, krok 500, a převádí analogový signál měřený na vývodu 15 MCU na digitální hodnotu, je-li vyvolán z podprogramu a2dhigh, krok 510. Podprogram a2d 520 potom přejde do režimu čekání 522 aby umožnil A/D převodníku MCU dokončit převod. Po ukončení převodu generuje MCU přerušení 524. které obsahuje adresový vektor na podprogram a2dint 528. Podprogram a2dint 528 obnoví a uloží A/D převedená data a odpojí příslušný hardware 530. Podprogram a2dint se vrátí do podprogramu a2d a ve stejné pořadí se vrátí a2d do podprogramu, který ho vyvolal.

Podprogram pro nastavení předzesilovače 540 přepíná předřazený rezistor v obvodu proměnného obvodu mezi částmi nízkého a vysokého programovatelného zesíleni obvodu proměnného odporu. Podprogram pro nastavení předzesilovače sestává z testování napěťového potenciálu, aby rozhodl, zda je nastaven analogově digitální převod TA v režimu s vysokou rozlišovací schopností nebo nízkou rozlišovací schopností. Je-li nastaven režim s vysokou rozlišovací schopností, krok 542, tak program skočí na aktivní krok 544 programovatelného vysokého zesílení. Jinak testuje další případy. V tomto případě porovná úroveň TA s dolní hranicí programovatelného zesílení krok 546, přičemž skáče na aktivní krok 544 programovatelného vysokého zesílení, je-li úroveň TA větší než dolní hranice programovatelného zesílení. Jinak je prováděno další testování. V tomto případě porovná úroveň TA s horní hranicí programovatelného zesíleni krok 548, přičemž skáče na aktivní krok 550 programovatelného nízkého zesílení, je-li úroveň TA nižší než horní hranice programovatelného zesílení. Jinak jde program na aktivní krok 544 programovatel-11 CZ 296779 B6 něho vysokého zesílení. Pro každý buď aktivní krok 544 programovatelného vysokého zesílení nebo na aktivní krok 550 programovatelného nízkého zesílení nastavuje podprogram povolující vodič 552 na odpovídající log. „hing“ nebo „low“ nastavení. Podprogram setboost se potom vrací do programu, který ho vyvolal.

V předloženém přednostním provedení je hodnota dolní hranice programovatelného zesílení nižší než hodnota horní hranice programovatelného zesílení. Odborníci v oboru ocení, že by popsaný vývojový diagram nevyžadoval porovnání s hodnotou vysokého programovatelného zesílení v tolika případech, protože úroveň TA pro tento test bude vždy nižší než hodnota homí hranice vysokého programovatelného zesílení. Nicméně, ve střídavém provedení je homí hranice programovatelného zesílení menší než dolní hranice programovatelného zesílení. Toto nastavení způsobuje hysterezní funkci pro připínání mezi nastaveními. Toto je vhodné pro potlačení nechtěných skoků na výstupu indikačního obvodu.

Podprogram setmode 560 nastavuje režim A/D převodníku buď na režim s vysokým rozlišením nebo na režim s nízkým rozlišením. Podprogram sestává z porovnání úrovně TA z homí hranicí rozlišení 562. program nastavuje příznakový bis vysokého rozlišení na log. 1 nebo-li log. TRUE 564, pokud je úroveň TA větší než horní hranice rozlišovací schopnosti. Jinak program nastavuje bit vysokého rozlišení na log. 0 nebo FALŠE 566. Po nastavení příznakového bitu rozlišení se program vrací do programu, který ho vyvolal.

Podprogram 570 tafind používá úroveň TA pro rozlišení požadované kalibrace, aby byly potlačeny nežádoucí charakteristiky v signálech vystupujících z obvodu pro měření odporu. V právě předloženém provedení aktivní kalibrace automaticky snímá úroveň TA kvůli detekci změn nastavení TA. V případě napěťového děliče naprogramovaný napěťový rozsah, od kterého může být měřena změna odporu, klesá přímo úměrně vzrůstu úrovně podloženého napětí TA. pokud bude úroveň TA větší nebo překročí navržený TA ohmický roztok 5k až 12,5 k ohmu, amplituda signálu představujícího změny odporu živého těla podle toho klesne, což je nežádoucí. Podprogram tafind překlene tento problém vymezením nastavení úrovně v obvodu proměnného odporu, přičemž bude kompenzovat tyto změny použitím tabulek pro odpovídající nastavení zpětné vazby v zesilovacím obvodu pro kompenzování změn napětí TA a udržet kalibraci měřeného signálu. Podprogram tafind 570 sestává z kroku nastavení 572, který zjišťuje správnou korekční tabulku buď pro napěťový dělič nebo pro odporový můstek jak obvod pro měření odporu. Další je krok 574 pro kontrolu vysoké rozlišovací schopnosti jenž kontroluje, zda zařízení pracuje s vysoko nebo nízkou rozlišovací schopností. Pokud pracuje s vysokou rozlišovací schopností, je v paměti nalezena část tabulky pro vysokou rozlišovací schopnost, krok 576. Dále MCU načte v přípravném kroku 578 úroveň TA a hodnoty tabulky do paměti. Úroveň TA je zkoušena v ověřovacím kroku 580 vůči hodnotě TA podle seznamu. Tabelované hodnoty jsou MCU čteny ve vzestupném pořadí. Je-li úroveň TA menší než ta ze seznamu, je načtena 582 další hodnota TA seznamu a program se vrací k testovacímu kroku 580. Jinak je načtena odpovídající hodnota digitálního potenciometru ve vyhledávacím kroku 584. Potom krok pro nastavení změn digitálního potenciometru 586 načte potřebné hodnoty pro změnu odporu digitálního potenciometru. Podprogram se potom vrací do programu, který ho vyvolal.

Podprogram 590 dpset nastavuje MCU pro nastavení digitálního potenciometru. Podprogram 590 sestává z kroku pro načtení registru 592, kroku pro výpočet nové polohy 594, a kontrolního kroku 596 pro rozlišení, zdaje nová hodnota vyšší nebo nižší. Je-li hodnota vyšší, je proveden krok pro nastavení příznaku místa 598 posunem nahoru, jinak je proveden krok pro nastavení příznaku místa 600 posunem dolů. Potom jsou načteny hodnoty pro zahájení kalibrace digitálního potenciometru 602. Podprogram se potom vrací do programu, který ho vyvolal.

Podprogram 610 clkdp kalibruje digitální potenciometr podle úrovně napětí měřené na potenciometru TA. Podprogram obsahuje krok pro kontrolu příznaku směru 612. Je-li příznak v log.l je digitální potenciometr nastaven pro vzestupné čítání 614. Je-li příznak v log. Oje digitální potenciometr nastaven pro sestupné čítání 616. Potom je provedena kontrola, zda nedošlo k pohybu

-12CZ 296779 B6

618. Pokud je změna nulová, podprogram se vrátí do programu, který ho zavolal. Jinak je digitální potenciometr inicializován 620 pro zahájení změny proměnného odporu. Digitální potenciometru je nastaven na vzestupnou změnu po jedné jednotce ve směru určeném během kroku pro kontrolu směru. Vzestupná změna je 100 ohmů při použití navrženého digitálního potenciometru. Další je volán podprogram 624 pro umožnění signálu, aby byl přijat a zpracován digitálním potenciometrem. Čítač je dekrementován a zkontrolován 626. Když je čítač větší než nula, vrátí se program na signalizační krok 622 a posune digitální potenciometr o další vzestupný krok. Potom co čítač dosáhne nuly, program skončí a vrátí se do programu, který ho vyvolal.

Z výše uvedeného objasnění bude oceněno, že předložený vynález může být použit pro aktivní kalibraci zesilovače pro jakoukoliv známou předem určenou nežádoucí charakteristiku. Toho může být dosaženo jakmile je jednou charakteristika identifikována a dopovídá-li měřitelné změně vnitřních signálů. Mikroprocesor obsahuje „korekční tabulky“ kompenzačních koeficientů zisku uložené v paměti, které jsou odvozené empiricky měřením amplitudy dané změny odporu pro každý bod vybraný z celého rozsahu vstupního odporu. Na základě těchto kompenzačních koeficientů mohou být potřebná zesílení a jim odpovídající zpětnovazební odpory dopočítány, tímto stanovením tabulky nízko-napěťových 76 potenciálů proti zesilovacím odporům stanoveným na proměnném odporu 42.

V provozuje zařízení inicializováno nastavením řídicího trimru 60 (obr. 3), předzesilovacím přepínacím obvodem 48 (obr. 4B) a řízení citlivosti (není naznačeno) tak, jak je vyvažován nízký potenciál napětí 76 (obr. 3) pro 5k ohmový zkušební měřicí odpor 68. Živé tělo, jakožto měřený objekt, je připojen přes vnější vodiče 64 a 66 obvodu pro měření odporu. Aby byl obvod vyvážen podle celkového odporu živého těla, je pohybováno zařízením pro ruční nastavení 78 dokud není dosaženo rovnováhy nízkého potenciálu napětí 76 s celkovým odporem živého těla. Během doby, kdy je nízký potenciál napětí 76 měněn pro dosažení rovnováhy s celkovým odporem živého těla, zpětnovazební obvod 52 (obr. 2 a 4C) zajišťuje změny nízkého potenciálu napětí 76 do řídicího obvodu 54. Řídicí obvod 54, normálně v režimu sleep, je probuzen pohybem ručního řídicího zařízení 78, což je signalizováno číslicovým obvodem 28. Řídicí obvod sleduje pohyb ručního řídicího zařízení 78 dokud není nastavování dokončeno. Po ukončení nastavování určí řídicí obvod 54 hodnotu pro nastavení zesílení s použitím korekční tabulky a dá signál kompenzačnímu obvodu 56 k nastavení zesílení zesilovacího obvodu. Zesílení je nastaveno tak, aby potlačilo nežádoucí charakteristiku poklesu citlivosti v závislosti na vzrůstu nízkého potenciálu napětí 76. Zesílení je nastaveno automaticky tak, aby byla citlivost udržena na konstantní úrovni nezávisle na změnách nízkého potenciálu napětí.

V jiném provedení kalibračního obvodu je napětí řízeno operačním zesilovačem, který je součástí zesilovacího obvodu (není naznačeno). V tomto provedení je nízký potenciál napětí 76 připojen na řídicí napěťový vstup operačního zesilovače. Zesilovač může být připojen zápornou vstupní svorkou a výstupní svorkou v sérii s výstupní svorkou odpovídající svorce 130 (obr. 4A) napěťového sledovače. Kladná vstupní svorka by měla být připojena na konstantní kladný zdroj napětí. Tento operační zesilovač kalibruje zesílení zesilovače úměrně změnám nízkého potenciálu napětí. Operační zesilovač vhodný pro tento případ je Model č. VCA610 vyrobený firmou Burr Brown of Tuscon, Arizona.

Ve druhém alternativním provedení kalibračního obvodu může zařízení pro ruční nastavení 78 obsahovat klasický dvojitý spřažený potenciometr, ve kterém může být druhý rezistor dynamicky nastaven jako nelineární, inverzní odpor k hodnotě nastavitelného potenciometru 82 (obr. 3). Druhý potenciometr by byl zapojen mezi referenční napětí (obr. 4C) a zápornou vstupní svorku druhého operačního zesilovače (obr. 4B).

Další provedení, ve kterém může být redukováno vysokofrekvenční rušení, dále obsahuje vysokofrekvenční izolační nátěr nanesený na vnitřním povrchu krytu předloženého vynálezu. Nátěr vhodný k tomuto účelu je vyrobený firmou Sandstom Products Co., port Byron, IL a prodáván

-13CZ 296779 B6 jako Model Sanpro A405 také známý jako nátěr obsahující postříbřující EMI/RFI ochrannou povlakovou barvu.

Zatímco byl předložený vynález popsán v souvislosti s tím co bylo momentálně považováno za nejvíce praktické a přednostními provedeními, je rozuměno, že vynález není limitován uveřejněnými provedeními, ale naopak, je určený pro pokrytí různých modifikovaných a ekvivalentních zařízení obsahujících v sobě ducha vynálezu, která jsou dále uvedená v přiložených patentových nárocích, a jejich rozsah bude v souladu s nej širším výkladem tak, aby obsahoval všechny modifikace a podobné konstrukce.

Průmyslová využitelnost

S odkazem na schémata na základě nichž bylo řešení vysvětleno a popsáno, může být předložený vynález použit v kombinaci s klasickými třístupňovými obvody pro měření a indikaci změn odporu měřeného objektu. Jako měřený objekt lze s výhodou požívat živé tělo. Uvedený vynález je využitelný všude tam, kde je požadavek přesně indikovat malé změny odporu měřeného objektu při současném odstranění nežádoucí složky ze signálu představujícího odpor měřeného objektu, zejména živého těla. Výhodou předloženého vynálezu je, že citlivost zařízení je udržována na konstantní úrovní.

Claims (20)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob pro udržení obecně konstantní amplitudové odezvy na předem určený měřený vstup v zařízení pro měření změn odporu s eliminací nevýznamných artefaktů jako je například vysokofrekvenční rušení či nelinearity ze signálu, kde toto zařízení má obvod (20) pro měření odporu, zesilovací obvod (30) a indikační obvod (24), vyznačující se tím, že se nejprve vytvoří pro různé změny odporu korekční tabulka kompenzačních koeficientů zisku, kde tyto kompenzační koeficienty zisku mají takovou hodnotu, která zabezpečuje generování konstantní amplitudové odezvy, poté se inicializuje obvod (20) pro měření odporu a zesilovací obvod (30), načež se k obvodu (20) pro měření odporu připojí měřený objekt, stanoví se celkový odpor tohoto měřeného objektu a nastaví se zesílení zesilovacího obvodu (30) v souladu s příslušným předem určeným kompenzačním koeficientem zisku z korekční tabulky odpovídajícím stanovenému celkovému odporu, čímž se pro měřenou změnu odporu generuje konstantní amplitudová odezva.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vy z n a č uj í c í se tím, že celkový odpor měřeného objektu se stanoví pomocí ručního nastavování potenciometru, kterým se vyváží měřicí obvod a nastaví se rozlišovací mód pro stanovení celkového odporu měřeného objektu do jednoho z množiny předem určených rozlišovacích módů.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se dále nastaví zesílení zesilovacího obvodu (30) přiřazením předem určených kompenzačních koeficientů zisku k předem určeným hodnotám změn odporu odpovídajícím změnám celkového odporu měřeného objektu.
4. 4. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 1, které obsahuje obvod (20) pro měření odporu, uzpůsobený pro měření odporu v první oblasti relativně nízkých proměnných odporů měřeného objektu, pro měření odporu ve druhé oblasti relativně vysokých proměnných odporů měřeného objektu a pro vznik měřeného signálu, zesilovací obvod (30) připojený k obvodu (20) pro měření odporu a uzpůsobený pro zesilování měřeného signálu na vnímatelnou úroveň, indikační obvod (24) připojený k zesilovacímu obvodu (30) a uzpůsobený pro vytváření měřeného signálu ve snímatelné formě, vyznačující se tím, že zahrnuje obvod (46, 50) pro nastavení

   - 14CZ 296779 B6 citlivosti spojení se zesilovacím obvodem (30) a s indikačním obvodem (24) pro automatické zvýšení citlivosti tohoto indikačního obvodu (24) pro vysoké proměnné odpory ve druhé oblasti měřené obvodem (20) pro měření odporu.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obvod (46, 50) pro nastavení citlivosti je uzpůsoben pro automatické nastavení citlivosti indikačního obvodu (24) pro nízké proměnné odpory v první oblasti měřené uvedeným obvodem (20) pro měření odporu.
6. 6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obvod (46, 50) pro nastavení citlivosti zahrnuje řídicí obvod (54).
7. 7. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obvod (46, 50) pro nastavení citlivosti zahrnuje napětím řízený operační zesilovač.
8. 8. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obvod (46, 50) pro nastavení citlivosti zahrnuje dvojitý spřažený potenciometr.
9. 9. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obvod (20) pro měření odporu má ručně nastavitelný potenciometr (82, 94) a zesilovací obvod (30) obsahuje kalibrační obvod (50) pro automatické nastavení zesílení zesilovacího obvodu (30) v odezvě na pohyb ručně nastavitelného potenciometru (82, 94).
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje počítačové rozhraní (40) uzpůsobené pro poskytování simulovaného měřeného signálu.
11. 11. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že zesilovací obvod (30, 34) zahrnuje operační zesilovač (124), který má mezi svůj kladný a záporný vstup zapojený kapacitor (134).
12. 12. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že alespoň část kalibračního obvodu (50) tvoří řídicí jednotka (334) s mikroprocesorem a počítačově implementovaným softwarem (400) pro konfiguraci kalibračního obvodu (50) pro průběžné detekování změn potenciometru pro ruční nastavení a pro určení a nastavení rozlišovacího módu ze souboru předem určených rozlišovacích módů.
13. 13. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že kalibrační obvod (50) zahrnuje zpětnovazební obvod (52) měřeného vstupu připojený k obvodu (20) pro měření odporu a uzpůsobený pro příjem signálu odpovídajícímu měřenému vstupu, řídicí obvod (54) spojený s tímto zpětnovazebním obvodem (52) a uzpůsobený pro určení kompenzační hodnoty za použití měřeného vstupního signálu a kompenzační obvod (55) reagující na řídicí obvod (54) a uzpůsobený pro nastavení zesílení zesilovacího obvodu (30) touto kompenzační hodnotou za účelem udržení obecně konstantní amplitudové odezvy.
14. 14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že kalibrační obvod (50) zahrnuje řídicí jednotku (334) s mikroprocesorem spojenou se zpětnovazebním obvodem (52) a uzpůsobenou pro příjem signálů z tohoto zpětnovazebního obvodu (52) a analogově číslicový převodník spojený se zpětnovazebním obvodem (52) a uzpůsobený pro zjišťování diskrétních změn v signálech z tohoto zpětnovazebního obvodu (52).
15. 15. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že kalibrační obvod (50) zahrnuje aktivační obvod (336) pro aktivaci řídicího obvodu (54) na základě změny nastavení uvedeného potenciometru pro ruční nastavení.
16. 16. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že kalibrační obvod (50) zahrnuje řídicí jednotku (334) s mikroprocesorem v řídicím obvodu (54) uzpůsobenou pro příjem signálů

    - 15CZ 296779 B6 ze zpětnovazebního obvodu (52) a počítačově implementovaný software (400) pro konfiguraci řídicí jednotky (334) s mikroprocesorem a pro generaci kalibračního signálu v odezvě na tyto signály.
17. 17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že kompenzační obvod (55) zahrnuje digitální potenciometr (354) a je uzpůsobený pro zajišťování kalibračního vstupního signálu pro zesilovací obvod (30).
18. 18. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že kalibrační obvod (50) zahrnuje zpětnovazební obvod (52) uzpůsobený pro přijímání signálů představujících celkový odpor měřeného objektu.
19. 19. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č u j í c í se tím, že zesilovací obvod (30) obsahuje kalibrační obvod (50) pro automatické nastavení zesílení zesilovacího obvodu (30) v odezvě na pohyb nastavovacího potenciometru, kde kalibrační obvod (50) zahrnuje zpětnovazební obvod (52) uzpůsobený pro přijímání signálů představujících celkový odpor měřeného objektu, kalibrační obvod (50) dále zahrnuje řídicí obvod (54) spojený se zpětnovazebním odvodem (52) a uzpůsobený pro určení kompenzačního signálu odpovídajícího změně zesílení zesilovacího obvodu (30) ze vstupního signálu a řídicí obvod (54) zahrnuje kompenzační obvod (55) uzpůsobený pro přijímání kompenzačního signálu a nastavení zesilovacího obvodu (30) za účelem určení obecně konstantní amplitudové odezvy.
20. 20. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje kryt obklopující obvod (20) pro měření odporu, zesilovací obvod (30) a indikační obvod (24), kde tento kryt je opatřen vrstvou vysokofrekvenčně izolačního nátěru.