DE2615162B1 - Circuit arrangement for linearizing the output signals from measuring sensors - Google Patents
Circuit arrangement for linearizing the output signals from measuring sensorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung der Ausgangssignale von Meßfühlern.The invention relates to a circuit arrangement for linearizing the output signals of Sensors.
Meßfühler, die aufgrund einer zu messenden physikalischen Größe ein elektrisches Signal (Spannung, Strom)
liefern, sind oft nichtlinear, d. h., daß das elektrische Ausgangssignal der zu messenden Größe nicht proportional
ist. Wenn man in einem Diagramm die Ausgangsspannung als Funktion der Meßgröße aufträgt,
erhält man keine gerade, sondern eine gekrümmte Kurve. Für viele Anwendungsfälle ist es aber erwünscht
oder sogar erforderlich, ein Ausgangssignal zu erhalten, das der Meßgröße direkt proportional ist. Eine
bekannte Lösung dieses Problems besteht in der Verwendung von Verstärkern mit nichtlinearer Verstärkungskennlinie,
welche die Nichtlinearität des Meßfühlers kompensieren. Da es schwierig ist, kompliziertere
Kurven exakt nachzubilden, arbeitet man meist mit Annäherungen, bei denen die gewünschte Verstärkungskennlinie
durch einen gebrochenen Linienzug aus geraden Strecken ersetzt wird; die Genauigkeit dieser
Lösung ist wegen der aus wirtschaftlichen Gründen begrenzten Anzahl möglicher Kurvenabschnitte begrenzt.
Es sind auch Verstärker mit logarithmischer Kennlinie bekannt, doch sind diese auf die Linearisierung
der Ausgangssignale von Meßfühlern beschränkt, deren Ausgangssignal eine Exponentialfunktion der
Meßgröße ist. Ein weiteres Problem bei der Verwendung solcher nichtlinearer Verstärker ist die Erzielung
einer befriedigenden Temperaturstabilität, die im allgemeinen nur mit großem Aufwand erreicht werden
kann. Die Linearisierung von Kurvenzügen komplizierteren Verlaufs, beispielsweise mit Wendepunkten, ist
mit solchen Anordnungen sehr schwierig.
Aus der DT-OS 24 21 926 ist auch bereits eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umsetzung
des Ausgangssignals eines Meßfühlers bekannt, bei welcher die Meßspannung mit einer Vergleichsspannung
verglichen wird, die entweder an einer Widerstands-Kondensator-Kombination oder an einer Widerstands-Induktionsspule-Kombination
abgenommen wird. Diese bekannte Schaltungsanordnung ist ebenfalls auf die Linearisierung der Ausgangssignale von
Meßfühlern beschränkt, deren elektrischer Widerstand eine Exponentialfunktion der zu messenden Größe ist.Sensors that deliver an electrical signal (voltage, current) based on a physical variable to be measured are often non-linear, ie the electrical output signal is not proportional to the variable to be measured. If the output voltage is plotted in a diagram as a function of the measured variable, the result is not a straight, but a curved curve. For many applications, however, it is desirable or even necessary to obtain an output signal that is directly proportional to the measured variable. A known solution to this problem consists in the use of amplifiers with a non-linear gain characteristic which compensate for the non-linearity of the sensor. Since it is difficult to reproduce more complicated curves exactly, one usually works with approximations in which the desired gain characteristic is replaced by a broken line of straight lines; the accuracy of this solution is limited because of the limited number of possible curve sections for economic reasons. Amplifiers with a logarithmic characteristic are also known, but these are limited to the linearization of the output signals from measuring sensors, the output signal of which is an exponential function of the measured variable. A further problem with the use of such non-linear amplifiers is the achievement of a satisfactory temperature stability, which can generally only be achieved with great effort. The linearization of curves of a more complicated course, for example with turning points, is very difficult with such arrangements.
From DT-OS 24 21 926 a circuit arrangement for analog-to-digital conversion of the output signal of a sensor is already known, in which the measurement voltage is compared with a comparison voltage applied either to a resistor-capacitor combination or to a resistor-induction coil -Combination is removed. This known circuit arrangement is also limited to the linearization of the output signals from measuring sensors, the electrical resistance of which is an exponential function of the variable to be measured.
Schließlich ist aus der DT-OS 23 17 023 eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung der Kennlinie eines Meßgebers bekannt, bei der die zu linearisierenden Meßgebersignale einem Verstärkerzweig mit nichtlinearer Rückführschleife zugeführt werden, wobei die nichtlineare Rückführschleife einen Analog-Digital-Wandler, einen die Kennlinie des Meßgebers speichernden Programmspeicher und einen Digital-Analog-Wandler enthält. Das am Eingang der Rückführschleife anliegende Ausgangssignal wird schrittweise in ein digitales Signal umgewandelt, und jedem der Schritte wird über den Programmspeicher ein Rückführsignal zunächst in digitaler Form zugeordnet. Dieses Rückführsignal wird wieder ir ein entsprechendes Analogsi-Finally, from DT-OS 23 17 023 a circuit arrangement for linearizing the characteristic curve a transducer is known in which the transducer signals to be linearized with an amplifier branch are fed to a non-linear feedback loop, the non-linear feedback loop being an analog-to-digital converter, a program memory storing the characteristic curve of the transducer and a digital-to-analog converter contains. The output signal present at the input of the feedback loop is gradually converted into a digital signal, and each of the steps is a feedback signal via the program memory initially assigned in digital form. This feedback signal is again sent to a corresponding analog signal
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gnal umgesetzt und am Eingang des Verstärkerzweigs dem Meßgebersignal entgegengeschaltet. Das Ausgangssignal ist dann entsprechend der gespeicherten Kennlinie linearisiert Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung lassen sich entsprechend dem Inhalt des Programmspeichers Kennlinien mit beliebigem Verlauf linearisieren, allerdings auf Kosten einer doppelten Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzung. Diese bekannte Lösung eignet sich auch nicht für eine rein digitale Bauweise, weil der Verstärkerzweig analog arbeitet.gnal converted and switched against the encoder signal at the input of the amplifier branch. The output signal is then linearized according to the stored characteristic with this known circuit arrangement According to the content of the program memory, characteristic curves can be created with any course linearize, but at the expense of a double analog-to-digital and digital-to-analog conversion. These known solution is also not suitable for a purely digital design, because the amplifier branch is analog is working.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Linearisierung der Ausgangssignale von Meßfühlern, die mit beliebig großer Genauigkeit Kurvenformen mit extremen Steigungsunterschieden und Wendepunkten linearisieren kann, leicht an jede Art von Meßfühlern angepaßt werden kann und sich besonders gut für eine weitgehend digitale Bauweise eignet.The object of the invention is to create an arrangement for linearizing the output signals from Sensors that produce curve shapes with extreme differences in gradient with any degree of accuracy and can linearize inflection points, can be easily adapted to any type of sensor and can be particularly suitable for a largely digital design.
Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Schaltungsanordnung nach der Erfindung einen ersten Funktionsgenerator, der eine sich periodisch wiederholende, als Funktion der Zeit lineare Spannungskurve erzeugt, einen zweiten Funktionsgenerator, der synchron zu dem ersten Funktionsgenerator, eine sich periodisch wiederholende Spannungskurve erzeugt, welche die zu linearisierende Meßwertkurve als Funktion der Zeit nachbildet, und durch einen Komparator, der einerseits das zu linearisierende Meßfühlersignal und andererseits die Ausgangsspannung des zweiten Funktionsgenerators empfängt und bei Gleichheit der beiden Signale die Übertragung des Augenblickswertes der Ausgangsspannung des ersten Funktionsgenerators als Meßwertsignal auslöst.The circuit arrangement contains the solution to this problem according to the invention a first function generator, which is a periodically repeating, as Function of time generates linear voltage curve, a second function generator that is synchronous with the first function generator that generates a periodically repeating voltage curve, which the to simulates linearizing measured value curve as a function of time, and by means of a comparator, which on the one hand the sensor signal to be linearized and, on the other hand, the output voltage of the second function generator receives and, if the two signals are equal, the transmission of the instantaneous value of the output voltage of the first function generator triggers as a measured value signal.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung liefert in jeder Periode ein Meßwertsignal, das dem Ist-Wert der Meßgröße direkt proportional ist, ungeachtet der Nichtlinearität des Ausgangssignals des Meßfühlers. Die einzige Bedingung hierfür ist, daß die vom zweiten Funktionsgenerator periodisch erzeugte Spannungskurve die zu linearisierende Meßwertkurve als Funktion der Zeit getreu nachbildet; dann wird stets eine Linearisierung erzielt, selbst wenn die Meßwertkurve einen sehr komplizierten Verlauf hat, beispielsweise Wendepunkte aufweist.The circuit arrangement according to the invention supplies a measured value signal in each period which corresponds to the actual value is directly proportional to the measurand regardless of the non-linearity of the output signal from the sensor. the The only condition for this is that the voltage curve generated periodically by the second function generator faithfully reproduces the measured value curve to be linearized as a function of time; then there will always be one Linearization achieved even if the measured value curve has a very complicated course, for example Has turning points.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die beiden Funktionsgeneratoren digital ausgebildet sein können. Dies ermöglicht einerseits die Nachbildung komplizierter Funktionen mit einfachen Mitteln und ergibt andererseits alle Vorteile der Digitaltechnik, insbesondere die Möglichkeit der Verwendung bewährter, preiswerter und betriebssicherer integrierter Schaltungen und die Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie Temperaturänderungen, Spannungsschwankungen usw.A particular advantage of the invention is that the two function generators are designed digitally could be. On the one hand, this enables complex functions to be simulated with simple ones Means and, on the other hand, gives all the advantages of digital technology, especially the possibility of using it proven, inexpensive and operationally reliable integrated circuits and the insensitivity against external influences such as temperature changes, voltage fluctuations, etc.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht daher darin, daß der erste Funktionsgenerator einen Impulszähler enthält, der die Ausgangsimpulse eines an einen Taktgeber angeschlossenen Impulsfrequenzteilers mit festem Teilerfaktor empfängt, und daß der zweite Funktionsgenerator einen Impulszähler enthält, der die Ausgangsimpulse eines an den Taktgeber angeschlossenen Impulsfrequenzteilers mit veränderlichem Teilerfaktor empfängt, sowie eine Steueranordnung zur Veränderung des Teilerfaktors des Impulsfrequenzteilers entsprechend der nachzubildenden Meßfühlerkurve.A preferred embodiment of the invention is therefore that the first function generator contains a pulse counter, which the output pulses of a pulse frequency divider connected to a clock generator with a fixed division factor, and that the second function generator receives a pulse counter which contains the output pulses of a pulse frequency divider connected to the clock generator receives variable division factor, as well as a control arrangement for changing the division factor of the pulse frequency divider according to the sensor curve to be simulated.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die periodisch wiederholten Spannungskurven durch Treppenstufen angenähert, wobei die Annäherung um so genauer ist, je größer die Impulsfolgefrequenz ist. Durch einfache Änderung des Teilerfaktors des Impulsfrequenzteilers des zweiten Funktionsgenerators ist es dann möglich, jeden beliebig komplizierten Kurvenverlauf nachzubilden.In this embodiment of the invention, the periodically repeated voltage curves are carried out Stair steps approximated, the approximation being the more precise the greater the pulse repetition frequency. By simply changing the division factor of the pulse frequency divider of the second function generator it is then possible to reproduce any complex curve.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Steueranordnung einen An advantageous embodiment of this embodiment is that the control arrangement a
ι ο programmierbaren Festwertspeicher enthält, in dem die im Verlauf jeder Periode nacheinander einzustellenden Teilerfaktoren gespeichert sind.ι ο contains programmable read-only memory in which the divider factors to be set one after the other are stored in the course of each period.
Bei dieser Ausgestaltung ist die nachzubildende nichtlineare Meßfühlerkurve durch den Inhalt des programmierbaren Festwertspeichers gegeben. Durch entsprechende Programmierung des Festwertspeichers ist es möglich, die Schaltungsanordnung an jeden beliebigen Meßfühler anzupassen und auch Streuungen zwischen gleichartigen Meßfühlern zu berücksichtigen.In this embodiment, the non-linear sensor curve to be simulated is through the content of the programmable read-only memory. By programming the read-only memory accordingly it is possible to adapt the circuit arrangement to any desired sensor and also to variations to be taken into account between sensors of the same type.
Ferner kann die Schaltungsanordnung durch einfachen Austausch des Festwertspeichers jederzeit an einen anderen Meßfühler angepaßt werden.Furthermore, by simply exchanging the read-only memory, the circuit arrangement can be connected to a be adapted to other sensors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention is explained in the following description with reference to the drawing. In the drawing shows
F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems,F i g. 1 shows a diagram to explain the problem on which the invention is based,
Fig.2 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,2 shows the basic circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention,
F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung von F i g. 2,F i g. 3 is a diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. 2,
F i g. 4 ein Schaltbild einer digitalen Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und
F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung von F i g. 4.F i g. 4 shows a circuit diagram of a digital embodiment of the circuit arrangement according to the invention and
F i g. 5 shows a diagram to explain the mode of operation of the circuit arrangement of FIG. 4th
Im Diagramm von Fi g. 1 zeigt die Kurve A den Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung Um eines Meßfühlers und der Meßgröße M; der Meßfühler könnte beispielsweise ein Aluminiumoxid-Feuchtefühler sein. Die Kurve A ist gekrümmt, was bedeutet, daß die Ausgangsspannung Um der Meßgröße M nicht direkt proportional ist, sondern einen nichtlinearen Zusammenhang damit hat. Bei einem linearen Meßfühler würde die Ausgangsspannung der Kurve B folgen.In the diagram of FIG. 1 shows curve A the relationship between the output voltage Um of a sensor and the measured variable M; the sensor could for example be an aluminum oxide humidity sensor. The curve A is curved, which means that the output voltage Um is not directly proportional to the measured variable M , but has a non-linear relationship with it. In the case of a linear sensor, the output voltage would follow curve B.
Wenn die Meßgröße in einem bestimmten Zeitpunkt einen Meßwert M\ hat, liefert der Meßfühler entsprechend der Kurve A eine Ausgangsspannung U'mi, während die linearisierte Ausgangsspannung den Wert U "mi haben müßte.If the measured variable has a measured value M \ at a certain point in time, the sensor delivers an output voltage U'mi according to curve A , while the linearized output voltage should have the value U "mi .
F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Linearisierung einer Meßfühlerkurve der in F i g. 1 dargestellten Art; die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung ist aus dem Diagramm von F i g. 3 erkennbar. Die Schaltung enthält einen ersten Funktionsgenerator 1, der eine periodisch als Funktion der Zeit t linear ansteigende Spannung U\ erzeugt, die in F i g. 3 dargestellt ist; es handelt sich dabei also um eine Sägezahnkurve mit der Periode T. Ein zweiter Funktionsgenerator 2, der durch eine Synchronisieran-Ordnung 3 mit dem ersten Funktionsgenerator 1 synchronisiert ist, erzeugt eine sich mit der gleichen Periode Γ wiederholende Spannung i/2, die als Funktion der Zeit t den gleichen Verlauf hat wie die zu linearisierende Meßwertkurve A von F i g. 1 als Funktion der Meßgröße M Die Spannung U2 wird dem einen Eingang eines Komparitors 4 zugeführt, der am anderen Eingang die Ausgangsspannung Um des Meßfühlers empfängt. Wenn der Komparator 4 dieF i g. FIG. 2 shows the basic circuit diagram of the circuit arrangement for linearizing a sensor curve of the circuit shown in FIG. 1 type shown; the operation of this circuit arrangement is shown in the diagram of FIG. 3 recognizable. The circuit contains a first function generator 1, which generates a voltage U \ which increases periodically as a function of time t and which is shown in FIG. 3 is shown; It is thus a sawtooth curve with the period T. A second function generator 2, which is synchronized with the first function generator 1 by a Synchronisieran-order 3, generates a voltage i / 2 that repeats itself with the same period Γ, which as a function of time t has the same course as the measured value curve A to be linearized from FIG. 1 as a function of the measured variable M The voltage U 2 is fed to one input of a comparator 4, which receives the output voltage Um of the sensor at the other input. When the comparator 4 the
Gleichheit der Spannungen i/2 und Um feststellt, liefert er ein Ausgangssignal zum Steuereingang einer Übertragungssteuerschaltung 5, die daraufhin den Augenblickswert der Ausgangsspannung U\ des ersten Funktionsgenerators 1 als linearisiertes Meßwertsignal i/i.überträgt.If the voltages i / 2 and Um are equal, it supplies an output signal to the control input of a transfer control circuit 5, which then transfers the instantaneous value of the output voltage U \ of the first function generator 1 as a linearized measured value signal i / i.
Die Zusammenhänge sind aus dem Diagramm von F i g. 3 erkennbar. Es kann angenommen werden, daß sich die Ausgangsspannung Um des Meßfühlers im Verlauf einer Periode T nicht merklich ändert. Im Schnittpunkt I der Kurven Um und Ui gibt der Komparator 4 ein Ausgangssignal ab, das bewirkt, daß der im gleichen Zeitpunkt bestehende Augenblickswert der Spannung U\ als Ausgangssignal Ul übertragen wird. Dies entspricht dem Schnittpunkt II zwischen der durch den Punkt I gehenden Senkrechten und der Kurve Ux. The relationships are from the diagram in FIG. 3 recognizable. It can be assumed that the output voltage Um of the sensor does not change appreciably in the course of a period T. At the intersection I of the curves Um and Ui , the comparator 4 emits an output signal which has the effect that the instantaneous value of the voltage U \ existing at the same point in time is transmitted as the output signal Ul. This corresponds to the point of intersection II between the vertical line passing through point I and the curve U x .
Der Vorgang wiederholt sich in jeder Periode, so daß am Ausgang der Übertragungssteuerschaltung 5 eine Folge von Spannungswerten erhalten wird, die den gewünschten linearen Zusammenhang mit der Meßgröße zeigen. Diese Spannungswerte können von Periode zu Periode in einem Speicher 6 zwischengespeichert werden, der der Übertragungssteuerschaltung 5 nachgeschaltet ist oder mit dieser Übertragungssteuerschaltung zusammengefaßt ist. Am Ausgang des Speichers ist dann dauernd eine Spannung verfügbar, die der Spannung eines linearen Meßfühlers äquivalent ist.The process is repeated in each period, so that at the output of the transfer control circuit 5 a Sequence of voltage values is obtained which has the desired linear relationship with the measured variable demonstrate. These voltage values can be temporarily stored in a memory 6 from period to period which is connected downstream of the transmission control circuit 5 or with this transmission control circuit is summarized. A voltage is then continuously available at the output of the memory that corresponds to the Voltage of a linear probe is equivalent.
Fig.4 zeigt eine digitale Schaltungsanordnung, welche die anhand von F i g. 2 und 3 erläuterte Wirkung ergibt. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist im Diagramm von F i g. 5 für eine Meßperiode dargestellt.FIG. 4 shows a digital circuit arrangement which, based on FIG. 2 and 3 explained effect results. The operation of this circuit is shown in the diagram of FIG. 5 shown for one measurement period.
Die Schaltung von F i g. 4 enthält einen Taktgeber 10, der Taktimpulse mit einer festen Folgefrequenz erzeugt und deren Folgeperiode sehr klein gegen die Dauer der Meßperiode T ist. Der Ausgang des Taktgebers 10 ist mit dem Eingang eines Frequenzteilers 11 mit festem Teilerfaktor verbunden. An den Ausgang des Frequenzteilers 11 ist ein Impulszähler 12 angeschlossen. Die Schaltungsteile 11 war. 12 bilden zusammen den ersten Funktionsgenerator: Der Inhalt des Impulszählers 12 steigt linear mit der Zeit vom Zählerstand Null auf einen durch die Kapazität dieses Zählers bedingten Höchstwert an und springt dann wieder auf den Wert Null zurück. Somit bildet der Zählerstand des Impulszählers 12 die lineare Sägezahnfunktion in Form der Treppenkurve F von F i g. 5 nach; die Annäherung ist um so genauer, je größer die Anzahl der vom Frequenzteiler 11 in einer Periode T abgegebenen Impulse ist. Die Folgefrequenz der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 11 bestimmt somit in Verbindung mit der Zählkapazität des Impulszählers 12 die Auflösung des zu linearisierenden Bereichs.The circuit of FIG. 4 contains a clock generator 10, which generates clock pulses with a fixed repetition frequency and the following period is very small compared to the duration of the measuring period T. The output of the clock generator 10 is connected to the input of a frequency divider 11 with a fixed division factor. A pulse counter 12 is connected to the output of the frequency divider 11. The circuit parts 11 was. 12 together form the first function generator: The content of the pulse counter 12 rises linearly with time from zero to a maximum value determined by the capacity of this counter and then jumps back to zero. Thus, the count of the pulse counter 12 forms the linear sawtooth function in the form of the step curve F of F i g. 5 after; the approximation is the more precise, the greater the number of pulses emitted by the frequency divider 11 in a period T. The repetition frequency of the output pulses of the frequency divider 11 thus determines, in connection with the counting capacity of the pulse counter 12, the resolution of the range to be linearized.
An den Ausgang des Taktgebers 10 ist ein zweiter Frequenzteiler 13 angeschlossen, dessen Teilerfaktor durch Binärsignale einstellbar ist, die an Steuereingänge angelegt werden. Die vom Frequenzteiler 13 abgegebenen Impulse werden in einem zweiten Impulszähler 14 gezählt. Die Änderung des Teilerfaktors des Frequenzteilers 13 erfolgt durch ein Programmwerk 15. Die Schaltungsteile 13, 14 und 15 bilden den zweiten Funktionsgenerator: Durch Änderung des Teilerfaktors des Frequenzteilers 13 wird erreicht, daß sich der Inhalt des Impulszählers 14 schneller oder langsamer als der Inhalt des Impulszählers 12 ändert, so daß die den Zählerstand des Impulszählers 14 wiedergebende Treppenkurve den gewünschten gekrümmten Verlauf hat, wie durch die Kurve G in F i g. 5 dargestellt ist.A second frequency divider 13 is connected to the output of the clock generator 10, the division factor of which can be set by binary signals which are applied to control inputs. The pulses emitted by the frequency divider 13 are counted in a second pulse counter 14. The change of the division factor of the frequency divider 13 is done by a program unit 15. The circuit parts 13, 14 and 15 form the second function generator: By changing the division factor of the frequency divider 13 it is achieved that the content of the pulse counter 14 is faster or slower than the content of the pulse counter 12 changes so that the stepped curve reproducing the count of the pulse counter 14 has the desired curved course, as indicated by curve G in FIG. 5 is shown.
Das Programmwerk 15 enthält einen programmierbaren Festwertspeicher (PROM) 16, in welchem die nacheinander im Frequenzteiler 13 einzustellenden Teilerfaktoren in Form von Binärzahlen gespeichert sind, und einen Programmzähler 17, welcher die Speicherstellen des programmierbaren Festwertspeichers 16 seinem Zählerstand entsprechend der Reihe nach ansteuert. Die Ausgänge des programmierbaren Festwertspeichers 16 sind mit den Steuereingängen des einstellbaren Frequenzteilers 13 verbunden, so daß beim Ansteuern einer Speicherstelle die darin gespeicherte Binärzahl den Teilerfaktor des Frequenzteilers 13 bestimmt. Die Fortschaltung des Programmzählers 17 erfolgt durch einen Zwischenausgang 18 des Impulszählers 12; an diesem Zwischenausgang wird jeweils ein Impuls abgegeben, wenn der Impulszähler 12 eine bestimmte festgelegte Anzahl der vom Frequenzteiler 11 abgegebenen Impulse gezählt hat.The program unit 15 contains a programmable read-only memory (PROM) 16 in which the successively in the frequency divider 13 to be set division factors stored in the form of binary numbers are, and a program counter 17, which the memory locations of the programmable read-only memory 16 controls its counter reading one after the other. The outputs of the programmable Read-only memory 16 are connected to the control inputs of the adjustable frequency divider 13, so that when Activate a memory location, the binary number stored therein, the division factor of the frequency divider 13 certainly. The program counter 17 is incremented by an intermediate output 18 of the pulse counter 12; A pulse is emitted at this intermediate output each time the pulse counter 12 has a has counted a certain fixed number of pulses emitted by the frequency divider 11.
Diese Ausbildung ergibt die Wirkung, daß die Periode T in eine Anzahl von gleichen Segmenten unterteilt wird, die jeweils der gleichen konstanten Anzahl von Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers 11 entsprechen. In F i g. 5 ist als Beispiel angenommen, daß die Periode T in vier Segmente Si, &, S3, S* unterteilt ist; je nach der Genauigkeit der gewünschten Annäherung ist es aber natürlich möglich, die Anzahl der Segmente in jeder Periode beliebig groß zu wählen. Im Innern jedes der Segmente ist der Teilerfaktor des Frequenzteilers 13 konstant; er ändert sich dagegen gegebenenfalls von einem Segment zum nächsten. Dies bedeutet, daß die vom zweiten Funktionsgenerator 13,14 nachgebildete Kurve durch eine Folge von geraden Strecken angenähert ist, deren Anzahl der Anzahl der Segmente entspricht. Der programmierbare Festwertspeicher 16 enthält für jedes Segment eine Speicherstelle, in welcher der dem Segment zugeordnete Teilerfaktor gespeichert ist, und der Programmzähler 17 hat eine der größtmöglichen Anzahl von Segmenten entsprechende Zählkapazität.This embodiment has the effect that the period T is divided into a number of equal segments, each of which corresponds to the same constant number of output pulses from the frequency divider 11. In Fig. 5, it is assumed as an example that the period T is divided into four segments Si, &, S3, S * ; depending on the accuracy of the desired approximation, however, it is of course possible to choose any number of segments in each period. In the interior of each of the segments, the division factor of the frequency divider 13 is constant; however, it may change from one segment to the next. This means that the curve simulated by the second function generator 13, 14 is approximated by a series of straight sections, the number of which corresponds to the number of segments. The programmable read-only memory 16 contains a memory location for each segment in which the division factor assigned to the segment is stored, and the program counter 17 has a counting capacity corresponding to the largest possible number of segments.
An die Stufenausgänge des Impulszählers 14 ist ein Digital/Analog-Wandler 19 angeschlossen, der ein den jeweiligen Zählerstand des Zählers 14 ausdrückendes Analogsignal abgibt. Der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers ist mit dem einen Eingang eines Komparators 20 verbunden.At the stage outputs of the pulse counter 14, a digital / analog converter 19 is connected to the one outputs the respective count of the counter 14 expressing analog signal. The output of the digital / analog converter is connected to one input of a comparator 20.
Der andere Eingang des Komparators 20 empfängt die Ausgangsspannung Um des Meßfühlers, nachdem diese in einer im Programmwerk 15 enthaltenen Normierungsschaltung 21 so normiert worden ist, daß die dem Eingang des Komparators zugeführte normierte Spannung Un zwischen Null und einem konstanten einzustellenden Maximalwert liegt.The other input of the comparator 20 receives the output voltage Um of the sensor after it has been normalized in a normalization circuit 21 contained in the program unit 15 so that the normalized voltage Un supplied to the input of the comparator lies between zero and a constant maximum value to be set.
An die Stufenausgänge des Impulszählers 12 ist ein Speicher 22 angeschlossen, der einen Übertragungs-Steuereingang 23 aufweist. Der Ausgang des Komparators 20 ist mit dem Übertragungssteuereingang 23 verbunden.A memory 22, which has a transmission control input, is connected to the step outputs of the pulse counter 12 23 has. The output of the comparator 20 is connected to the transmission control input 23 tied together.
Wenn der Komparator 20 die Gleichheit zwischen dem Ausgangssignal des Digital/Analog- Wandlers 19
und der normierten Spannung Us feststellt, gibt er ein
Ausgangssignal ab, das dem Übertragungssteuereingang 23 zugeführt wird und bewirkt, daß der in diesem
Augenblick bestehende Zählerstand des Zählers 12 in den Speicher 22 übertragen wird Damit ist der
linearisierte Meßwert im Speicher 22 bis zu nächsten Meßperiode gespeichert und an den Speicherausgängen
verfügbar.
Der Inhalt des Speichers 22 kann in beliebiger WeiseWhen the comparator 20 establishes the equality between the output signal of the digital / analog converter 19 and the normalized voltage Us , it emits an output signal which is fed to the transmission control input 23 and causes the current count of the counter 12 to enter the Memory 22 is transferred. This means that the linearized measured value is stored in memory 22 until the next measurement period and is available at the memory outputs.
The content of the memory 22 can be used in any way
verwertet werden. Als Beispiel ist angegeben, daß an die Ausgänge des Speichers 22 einerseits eine digitale Anzeigevorrichtung 24 und andererseits über einen Digital/Analog-Wandler 25 eine Analog-Anzeigevorrichtung 26 angeschlossen sind. Diese Anzeigevorrichtungen zeigen somit dauernd einen Meßwert an, der in einem linearen Zusammenhang mit der Meßgröße steht.be recycled. As an example it is indicated that on the one hand a digital Display device 24 and, on the other hand, via a digital / analog converter 25, an analog display device 26 are connected. These display devices thus continuously display a measured value which is in has a linear relationship with the measured variable.
Die zu linearisierende Funktion wird somit durch den Inhalt des programmierbaren Festwertspeichers 16 nachgebildet, der beispielsweise in Form einer Diodenmatrix oder auch als integrierte Schaltung ausgebildet sein kann. Die in diesem Festwertspeicher zu speichernden Teilerfaktoren können leicht auf folgende einfache Weise bestimmt werden:The function to be linearized is thus determined by the content of the programmable read-only memory 16 simulated, which is designed for example in the form of a diode matrix or as an integrated circuit can be. The division factors to be stored in this read-only memory can easily be broken down into the following simple Way to be determined:
Es wird davon ausgegangen, daß die Zählkapazität Zi4 des Zählers 14 dem Maximalwert Unimx der normierten Spannung entspricht. Jedem im Zähler 14 gezählten Impuls entspricht somit eine Stufenspannung 6U= UnooJZu. Der gleiche Spannungsmaßstab gilt auch für den Zähler 12. Für die nachzubildende Funktion wird die Spannungsänderung AUi, AUi... in jedem Segment SuS2... ermittelt (Fig.5). Daraus ergibt sich die Anzahl m, n2... der Impulse, die in jedem Segment dem Zähler 14 zugeführt werden müssen, nach folgender Gleichung:It is assumed that the counting capacity Zi4 of the counter 14 corresponds to the maximum value Unimx of the normalized voltage. Each pulse counted in the counter 14 thus corresponds to a step voltage 6U = UnooJZu. The same voltage scale also applies to the counter 12. For the function to be simulated, the voltage change AUi, AUi ... is determined in each segment SuS 2 ... (Fig. 5). This results in the number m, n 2 ... of the pulses that must be fed to the counter 14 in each segment, according to the following equation:
'Nmax'Nmax
Wenn mit nc die konstante Anzahl der Impulse bezeichnet wird, die in jedem Segment S\, S2... vom Frequenzteiler 11 dem Zähler 12 zugeführt wird, und wenn der Teilerfaktor des Frequenzteilers 11 mit TFn bezeichnet wird, ergibt sich der in jedem Segment am Frequenzteiler 13 einzustellende Teilerfaktor TFi3 nach folgender Formel:If n c denotes the constant number of pulses that are fed from the frequency divider 11 to the counter 12 in each segment S \, S 2 ... , and if the division factor of the frequency divider 11 is denoted TF n , the in division factor TFi 3 to be set for each segment on the frequency divider 13 according to the following formula:
TFn =~-TF11.TFn = ~ -TF 11 .
Die Dauer der Meßperiode T ergibt sich aus der Frequenz F des Taktgebers 10 nach folgender Formel:The duration of the measuring period T results from the frequency F of the clock generator 10 according to the following formula:
T—T—
Das Ende der Meßperiode wird dadurch angezeigt, daß der Zähler 12 auf Null geht. Ein in diesem Zeitpunkt
am Ausgang 27 der letzten Stufe dieses Zählers abgegebenes Signal kann dazu verwendet werden, alle
Schaltungsbestandteile, die dies erfordern, in den Anfangszustand zurückzustellen, beispielsweise den
Programmzähler 17 und auch den Impulszähler 14, da dieser nicht notwendigerweise seinen Endzählerstand
am Ende des Meßzyklus erreicht hat. Es ist sogar vorteilhaft, den Impulszähler 14 mit einer größeren
Kapazität als den Zähler 12 auszubilden, damit eine größere Anpassungsfähigkeit und Vielseitigkeit hinsichtlich
der nachzubildenden Kurven besteht.
In Fig.5 sind die Anzahl der Segmente und die Anzahl der Impulse pro Segment der Deutlichkeit
wegen sehr klein gewählt; in Wirklichkeit wird mit sehr viel größeren Impuls- und Segmentzahlen gearbeitet, so
daß auch komplizierte Funktionen mit guter Stufenauflösung nachgebildet werden können. Kurven mit
Wendepunkten werden dadurch erhalten, daß der Teilerfaktor des Frequenzteilers 13 innerhalb einer
Periode zunächst abnimmt und dann zunimmt.The end of the measuring period is indicated by the fact that the counter 12 goes to zero. A signal emitted at this point in time at the output 27 of the last stage of this counter can be used to reset all circuit components that require this to the initial state, for example the program counter 17 and also the pulse counter 14, as this does not necessarily have its final counter reading at the end of the Has reached the measuring cycle. It is even advantageous to design the pulse counter 14 with a larger capacity than the counter 12, so that there is greater adaptability and versatility with regard to the curves to be simulated.
In FIG. 5, the number of segments and the number of pulses per segment are chosen to be very small for the sake of clarity; In reality, much larger numbers of pulses and segments are used, so that even complex functions can be simulated with good step resolution. Curves with inflection points are obtained in that the division factor of the frequency divider 13 first decreases within a period and then increases.
Durch einfaches Austauschen des programmierbaren Festwertspeichers 16 kann die beschriebene Schaltung an jede beliebige Art von Meßfühlern angepaßt werden. Es ist auch möglich, die Schaltung in Verbindung mit mehreren Meßfühlern zu verwenden, wobei dann nur für jeden Meßfühler ein eigenes Programmwerk 15 vorgesehen zu werden braucht, während die übrigen Schaltungsbestandteile allen Meßfühlern gemeinsam sind. Die Programmwerke steuern den gleichen Frequenzteiler 13 parallel an, und der jeweils angewählte Meßfühler aktiviert das zugehörige Programmwerk durch ein digitales Signal.By simply exchanging the programmable read-only memory 16, the circuit described can can be adapted to any type of sensor. It is also possible to use the circuit in conjunction with to use several sensors, with a separate program 15 for each sensor needs to be provided, while the remaining circuit components are common to all sensors are. The program units control the same frequency divider 13 in parallel, and the one selected in each case The sensor activates the associated program via a digital signal.
Eine andere mögliche Abänderung der Schaltungsanordnung von F i g. 4 besteht darin, daß der Komparator 20 digital ausgebildet und mit einem Eingang (der dann der Stellenzahl entsprechend mehrfach ausgebildet ist) direkt an die Stufenausgänge des Zählers 14 angeschlossen wird, so daß der Digital/Analog-Wandler 19 entfällt; dafür wird ein Analog/Digital-Wandler zwischen den Eingang der Normierungsschaltung 21 und den anderen Eingang des Komparators 20 eingefügt.Another possible modification of the circuit arrangement of FIG. 4 consists in that the comparator 20 digitally designed and with one input (which is then designed several times according to the number of digits) is connected directly to the step outputs of the counter 14, so that the digital / analog converter 19 is omitted; for this purpose, an analog / digital converter is placed between the input of the normalization circuit 21 and the others Input of the comparator 20 inserted.
Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings
709 536/495709 536/495
Claims (9)
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| SE7704093A SE413343B (en) | 1976-04-07 | 1977-04-06 | CONNECTOR FOR LINEARIZING THE OUTPUT SIGNAL FROM META SENSOR |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4418176A1 (en) * | 1994-05-25 | 1996-02-15 | Thomson Brandt Gmbh | Instrumentation meter with linear or digital measurement value signal output |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5412855A (en) * | 1977-06-30 | 1979-01-30 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Analog signal processor |
| US4198677A (en) * | 1978-01-30 | 1980-04-15 | Exxon Research & Engineering Co. | Method and apparatus for compensating a sensor |
| JPS5522121A (en) * | 1978-08-04 | 1980-02-16 | Chino Works Ltd | Linearizer |
| JPS59180617U (en) * | 1983-05-20 | 1984-12-03 | 株式会社精工舎 | Measuring device |
| FR2576166B1 (en) * | 1985-01-11 | 1990-01-12 | Veglia | NON-LINEAR ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER |
| AT393742B (en) * | 1985-01-25 | 1991-12-10 | Ki Polt I | Digital AC voltage root mean square value meter |
| WO1986004425A1 (en) * | 1985-01-25 | 1986-07-31 | Kievsky Politekhnichesky Institut Imeni 50-Letia V | Digital voltmeter for measuring the effective value of alternating voltage |
| EP0241835B1 (en) * | 1986-04-10 | 1993-03-10 | Tektronix, Inc. | Circuit for driving a multiple-element display |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1218464A (en) * | 1968-05-10 | 1971-01-06 | Ether Ltd | Improvements in or relating to digital readout apparatus |
| FR2133522A1 (en) * | 1971-04-16 | 1972-12-01 | Thomson Csf | |
| US3801906A (en) * | 1973-01-23 | 1974-04-02 | Gen Motors Corp | Digital frequency meter |
| US3939459A (en) * | 1974-01-09 | 1976-02-17 | Leeds & Northrup Company | Digital signal linearizer |
-
1976
- 1976-04-07 DE DE2615162A patent/DE2615162C2/en not_active Expired
-
1977
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- 1977-04-07 JP JP52039945A patent/JPS5819201B2/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4418176A1 (en) * | 1994-05-25 | 1996-02-15 | Thomson Brandt Gmbh | Instrumentation meter with linear or digital measurement value signal output |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH614525A5 (en) | 1979-11-30 |
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| SE7704093L (en) | 1977-10-08 |
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