DE4012087A1

DE4012087A1 - Timer controlled measurement signal processing - using separate filtering, averaging and digitising of opposite polarity half waves for optimised signal-noise separation

Info

Publication number: DE4012087A1
Application number: DE19904012087
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing Dohmeyer; Claus-Peter Dipl I Tzschaschel; Klaus Dr Ing Balleier
Original assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Current assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1990-04-14
Publication date: 1990-10-25

Abstract

The positive and negative half waves of an amplified measurement signal are filtered separately in time and averages of the positive and negative half waves formed over several cycles. The average values are digitised and their difference computed to form the measurement value. Where there are several measurement ranges, the signals are processed in amplifier channels dedicated to the ranges. The filtered average values from the separate channels are multiplexed. USE/ADVANTAGE - For timer controlled measurement signal processing in alternating light pyrometers with optimised signal-noise separation and enhanced temp. resolution.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung dient der Meßsignalverarbeitung in Wechsellicht pyrometern mit A/D-Wandler und rechnergesteuerter Auswertung des verarbeiteten Meßsignals.The invention is used to process measurement signals in alternating light pyrometers with A / D converter and computer-controlled evaluation of the processed measurement signal.

Characteristic of the known prior art

Aus den DE-OS 34 14 984 und DE-OS 31 29 139 sind Verfahren und Anordnungen zur taktgesteuerten Meßsignalverarbeitung in Wechsellichtpyrometern bekannt, wobei das Meßsignal von einem Wechselspannungsverstärker verstärkt und mittels A/D-Wandler digitalisiert wird. Das Digitalsignal wird mittels Rechner aus gewertet und der Meßwert angezeigt bzw. in Nachfolgeeinrichtung weiter verarbeitet. Zur Optimierung des Signal-Rauschabstandes des Detektorsignales und der Einstellzeit des Meßwertes ist es bekannt, nach der Verstärkung des Meßsignals eine phasenempfind liche Gleichrichtung mit anschließender Gleichspannungsfilterung vorzunehmen. Nachteilig dabei ist es neben dem hohen Schaltungs aufwand, daß durch Gleichspannungsdriften im Meßkanal Übertra gungsfehler entstehen und somit die Temperaturauflösung des Wechsellichtpyrometers für präzise Temperaturmessungen nicht ausreichend ist.From DE-OS 34 14 984 and DE-OS 31 29 139 are methods and Arrangements for clock-controlled measurement signal processing in Alternating light pyrometers known, the measurement signal from a AC amplifier amplified and by means of A / D converter is digitized. The digital signal is generated using a computer evaluated and the measured value displayed or in successor device processed further. To optimize the signal-to-noise ratio of the detector signal and the response time of the measured value known after the amplification of the measurement signal a phase sensitivity rectification with subsequent DC voltage filtering to make. It is disadvantageous in addition to the high circuit that due to DC drift in the measuring channel transmission errors and thus the temperature resolution of the Alternating light pyrometers for precise temperature measurements are not is sufficient.

Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Schaltungsaufwand für die analoge Meßsignalverarbeitung in Wechsellichtpyrometern eine Optimierung von Signal-Rauschabstand des Detektorsignals und Einstellzeit des Meßwertes zu erreichen, die Temperaturauflösung von Wechsellichtpyrometern mit A/D-Wandler und rechnergesteuer ter Auswertung des verarbeiteten Meßsignals zu erhöhen und den Einfluß von Gleichanteilen durch Verstärkerdriften auf den Meß wert zu unterbinden. The aim of the invention is with little circuitry for the analog measurement signal processing in alternating light pyrometers Optimization of signal-to-noise ratio of the detector signal and Setting time of the measured value to achieve the temperature resolution of alternating light pyrometers with A / D converter and computer-controlled ter evaluation of the processed measurement signal to increase and Influence of constant components due to amplifier drift on the measurement worth stopping.

State the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur taktgesteuerten Meßsignalverarbeitung in Wechsellichtpyrometern mit Analog-Digital-Wandlung des verstärk ten Meßsignals und anschließender Rechnerauswertung zu schaffen, wobei im Verstärkerkanal des Wechsellichtpyrometers eine hohe Rauschunterdrückung bei gleichzeitig hoher Stabilität des Ver stärkerkanals erfolgt und der Signal-Rauschabstand des Detektor signals zur Einstellzeit des Meßwertes optimierbar ist.The invention is based, a method and a task Device for clock-controlled measurement signal processing in Alternating light pyrometers with analog-digital conversion of the ampl to create the measurement signal and subsequent computer evaluation, a high one in the amplifier channel of the alternating light pyrometer Noise reduction with high stability of the Ver strength channel and the signal-to-noise ratio of the detector signals at the response time of the measured value can be optimized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für das Verfahren dadurch ge löst, daß im Verstärkerkanal die positiven und negativen Halb wellen des Meßsignals zeitlich getrennt gefiltert und dabei positive und negative Mittelwerte der Halbwellen des Meßsignals entsprechend mehrerer Taktperioden der Taktsteuerung gebildet werden. Die erhaltenen Mittelwerte werden im A/D-Wandler digi talisiert und die Differenz der digitalisierten Mittelwerte, welche gleich dem Meßwert ist, wird errechnet.According to the invention, the task for the method is thereby ge solves that in the amplifier channel the positive and negative half waves of the measurement signal are filtered separately and at the same time positive and negative mean values of the half-waves of the measurement signal formed according to several clock periods of the clock control will. The mean values obtained are digi in the A / D converter and the difference between the digitized averages, which is equal to the measured value is calculated.

Embodiment

Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is intended to be illustrated by the following exemplary embodiment are explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Meßbereichen. Fig. 1 shows a device according to the invention with two measuring ranges.

Fig. 2a zeigt den Verlauf des Meßsignals am Ausgang des Vorverstärkers 3. Fig. 2a shows the profile of the measurement signal at the output of the preamplifier. 3

Fig. 2b zeigt den Verlauf des Meßsignals nach Passieren der geschalteten Filter. FIG. 2b shows the course of the measurement signal after passing through the connected filter.

Gemäß Fig. 1 besteht die Vorrichtung zur taktgesteuerten Meßsig nalverarbeitung in Wechsellichtpyrometern bekannterweise aus einem Chopper 1, der die Infrarotstrahlung des Meßobjekts ab wechselnd mit der Umgebungs- bzw. Referenzstrahlung im Takt der Taktsteuerung 18 auf den Infrarotdetektor 2 leitet, einem nach geordneten Wechselspannungsverstärker 3 und einem A/D-Wandler 17. Zur Realisierung zweier Meßbereiche sind zwei Verstärkerka näle vorhanden, denen der Wechselspannungsverstärker 3 gemeinsam ist. Referring to FIG. 1, the device for clock-controlled Meßsig nalverarbeitung in Wechsellichtpyrometern known manner of a chopper 1 which directs the infrared radiation from the object to be measured from changing with the ambient or reference beam in time to the clock controller 18 to the infrared detector 2, an after-level AC voltage amplifier 3, and an A / D converter 17 . To realize two measuring ranges, two amplifier channels are available, which the AC voltage amplifier 3 has in common.

Erfindungsgemäß werden im jeweils zugeschalteten Verstärkerkanal die positiven und negativen Halbwellen des Meßsignals zeitlich getrennt gefiltert, indem über mehrere Taktperioden der Takt steuerung 18 abwechselnd die positiven und die negativen Halb wellen gefiltert und dabei entsprechende Mittelwerte der beiden Halbwellen über mehrere Taktperioden gebildet werden.According to the positive and negative half-waves of the measurement signal are filtered separately in time in the respective connected amplifier channel by alternately filtering the positive and negative half-waves over several clock periods of the clock control 18, and corresponding mean values of the two half-waves are formed over several clock periods.

Die Zuschaltung des jeweiligen Verstärkerkanals entsprechend dem Meßbereich wird mittels des A/D-Wandlers 17 gesteuert. Vor der Digitalisierung des gefilterten Meßsignals wird dieses gemulti plext. Die Digitalisierung erfolgt im A/D-Wandler 17, welcher entsprechend den bei der Filterung erhaltenen Mittelwerten für positive und negative Halbwellen zwei Digitalwerte bildet, deren Differenz gleich dem Meßwert ist und die vom internen Rechner errechnet wird. Zur Erhöhung der Filterwirkung kann das Meß signal mehrfach zeitlich getrennt gefiltert werden. Durch die Taktsteuerung 18 erfolgt eine phasenstarre Kopplung zwischen Chopperansteuerung, Filterung des Meßsignals und A/D-Wandlung. Erfindungsgemäß ist in jedem Verstärkerkanal nach dem Wechsel spannungsverstärker 3 ein Meßbereichsverstärker 4 bzw. 5 mit fest eingestellter Verstärkung angeordnet, dessen Ausgang auf je ein geschaltetes Filter, bestehend aus einem Widerstand 6 bzw. 7, zwei Kondensatoren 10 und 11 bzw. 8 und 9 und einem elektro nischen Schalter 13 bzw. 12, geführt ist. Die im Takt der Takt steuerung betätigten elektronischen Schalter 13 und 12 dienen der Einschaltung des einen oder des anderen der beiden Kondensa toren 10 und 11 bzw. 8 und 9 in den jeweiligen Verstärkerkanal, so daß abwechselnd die positive und negative Halbwelle des Meß signals das Filter passiert und zeitlich getrennt gefiltert wer den kann. Die dabei erzeugten Mittelwerte durchlaufen vor dem Multiplexer 16 einen hochohmigen Trennverstärker 14 bzw. 15. Die Zuordnung der Meßbereiche auf jeweils parallel liegende Verstär kerkanäle ermöglicht eine schnelle Verstärkungsumschaltung unabhängig von den Filterzeitkonstanten der geschalteten Filter. Die geschalteten Filter lassen sich bei den in der Pyrometrie auftretenden Meßsignalfrequenzen von unter 100 Hz platzsparend aufbauen und eine Änderung ihrer Zeitkonstante hat keinen Ein fluß auf den Signalübertragungsfaktor des Filters, wie es z. B. bei Resonanzfiltern der Fall wäre.The connection of the respective amplifier channel according to the measuring range is controlled by means of the A / D converter 17 . Before the filtered measurement signal is digitized, it is multiplexed. The digitization takes place in the A / D converter 17 , which forms two digital values in accordance with the mean values obtained for the filtering for positive and negative half-waves, the difference between which is equal to the measured value and which is calculated by the internal computer. To increase the filter effect, the measurement signal can be filtered several times separately. The clock control 18 provides a phase-locked coupling between chopper control, filtering of the measurement signal and A / D conversion. According to the invention, a measuring range amplifier 4 or 5 with a fixed gain is arranged in each amplifier channel after the alternating voltage amplifier 3 , the output of which is connected to a switched filter, consisting of a resistor 6 or 7 , two capacitors 10 and 11 or 8 and 9 and an electro African switch 13 and 12 , is performed. The operated in time with the clock control electronic switches 13 and 12 serve to switch on one or the other of the two capacitors 10 and 11 or 8 and 9 in the respective amplifier channel, so that the positive and negative half-wave of the measurement signal alternate the filter happens and filtered separately in time who can. The mean values generated thereby pass through a high-impedance isolating amplifier 14 or 15 before the multiplexer 16 . The assignment of the measuring ranges to parallel lying amplifier channels enables fast gain switching regardless of the filter time constant of the switched filter. The switched filters can be built up in a space-saving manner at the measurement signal frequencies of less than 100 Hz occurring in pyrometry, and a change in their time constant has no influence on the signal transmission factor of the filter, as z. B. would be the case with resonance filters.

Die Gesamtwirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der einer schmalbandigen Meßsignalfilterung in Wechsellichtpyrometern. The overall effect of the method according to the invention corresponds to that narrow-band measurement signal filtering in alternating light pyrometers.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Chopper
2 Infrarotdetektor
3 Wechselspannungsverstärker
4 Meßbereichsverstärker
5 Meßbereichsverstärker
6 Widerstand
7 Widerstand
8 Kondensator
9 Kondensator
10 Kondensator
11 Kondensator
12 Schalter
13 Schalter
14 Trennverstärker
15 Trennverstärker
16 Multiplexer
17 A/D-Wandler
18 Taktsteuerung 1 chopper
2 infrared detectors
3 AC amplifiers
4 measuring range amplifiers
5 measuring range amplifiers
6 resistance
7 resistance
8 capacitor
9 capacitor
10 capacitor
11 capacitor
12 switches
13 switches
14 signal conditioners
15 signal conditioners
16 multiplexers
17 A / D converter
18 cycle control

Claims

1. Process for clock-controlled measurement signal processing in alternating light pyrometers with analog-digital conversion of the amplified measurement signal and subsequent computer evaluation, characterized in that
that the positive and negative half-waves of the measurement signal are filtered separately in time in the amplifier signal,
that during the filtering of the measurement signal, positive and negative mean values of the half-waves of the measurement signal are formed corresponding to several clock periods,
that the mean values obtained are digitized in the A / D converter and that the difference between the digitized mean values, which is equal to the measured value, is calculated.

2. The method according to claim 1, characterized in that that with several measuring ranges, the measuring signal in one Amplifier channel is processed per measuring range and which at Filtering obtained averages from each amplifier channel before the A / D conversion can be multiplexed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the measurement signal to increase the filter effect several times is filtered separately.

4. A device for clock-controlled measurement signal processing in alternating light pyrometers with analog-digital conversion of the amplified measurement signal and subsequent computer evaluation, characterized in that
that the AC voltage amplifier for amplifying the measurement signal in the amplifier channel has a switched filter with a low-pass characteristic of any order
and that the switched filter is followed by an isolation amplifier, the output of which is routed to the A / D converter.

5. The device according to claim 4, characterized in that for each measuring range there is an amplifier channel, each a measuring range amplifier connected downstream Has filter and each amplifier channel via a separator stronger with a multi common to all amplifier channels plexer is connected.