RU194642U1

RU194642U1 - MULTI-CHANNEL DIGITAL TENSOR RESISTANCE SENSOR

Info

Publication number: RU194642U1
Application number: RU2019124820U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Вячеславович Денисов; Александр Валерьевич Жаров; Сергей Иванович Краснолобов; Анфиса Сергеевна Даукша
Original assignee: Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны")
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2019-12-18

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения деформаций, усилий, давлений и других физических параметров с помощью полумостовых тензорезистивных датчиков. Многоканальный цифровой преобразователь содержит блок приема внешнего сигнала синхронизации, выход которого соединен со входом блока микропроцессора, а вход соединен с внешней магистралью синхронизации, при этом блок АЦП, выход которого соединен с микропроцессорным блоком, подключенного к входу блока интерфейса управления и передачи результатов, выход которого соединен через гальваническую развязку с внешней информационной магистралью, выход источника напряжения соединен с входом опорного напряжения АЦП и аналоговым входам напряжения питания к блоку прецизионных резисторов, а управляющий вход источника напряжения соединен с соответствующим выходом микропроцессорного блока. В многоканальный цифровой преобразователь введен блок приема сигнала тактирования АЦП, выход которого соединен с входом тактирования АЦП, а вход соединен с внешней магистралью тактирования. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по организации синхронных измерений со всех подключенных тензорезистивных датчиков, минимизации влияния электромагнитных помех на измерения, а также упрощение проектирования распределенных многоточечных измерительных систем. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of measuring equipment and industrial electronics and is used to measure strains, forces, pressures and other physical parameters using half-bridge strain gauge sensors. The multichannel digital converter contains an external synchronization signal receiving unit, the output of which is connected to the input of the microprocessor unit, and the input is connected to an external synchronization line, while the ADC unit, the output of which is connected to the microprocessor unit, is connected to the input of the control and results transmission interface unit, the output of which connected through galvanic isolation to an external information highway, the output of the voltage source is connected to the input of the ADC reference voltage and to the analog voltage inputs Nia power to the unit of precision resistors, a control voltage source input connected to a corresponding output of the microprocessor unit. An ADC clock signal receiving unit is inserted into the multichannel digital converter, the output of which is connected to the ADC clock input, and the input is connected to an external clock line. The technical result consists in expanding the functionality for organizing synchronous measurements from all connected strain gauge sensors, minimizing the influence of electromagnetic interference on the measurements, and also simplifying the design of distributed multipoint measuring systems. 2 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения деформаций, усилий, давлений и других физических параметров с помощью тензорезистивных датчиков, собранных по полумостовой схеме.The utility model relates to the field of measurement technology and industrial electronics and is used to measure strains, forces, pressures and other physical parameters using strain gauge sensors assembled in a half-bridge circuit.

Из уровня техники известен аналого-цифровой измерительный преобразователь сигналов датчиков, предназначенный для использования в составе магистрально-модульных измерительных схемах (Блокин-Мечталин Ю.К. Измерительный преобразователь сигналов датчиков для магистрально-модульных систем. Измерительная техника, 1997, №11, с. 14), содержащий источник напряжения для питания датчиков постоянным напряжением с переключаемой полярностью, дифференциальный измерительный усилитель с программируемым коэффициентом усиления, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, состоящий из преобразователя напряжения в частоту с источником опорного напряжения и преобразователя частоты в код с программируемым временем измерения (интегрирования), формирователь калибровочного сигнала, коммутатор выбора режима работы, схему смещения шкалы, схему контроля линий связи с тензорезистивным датчиком, схему гальванического разделения аналоговой части от цифровой, дешифратор команд системной магистрали.The prior art analog-to-digital measuring transducer of sensor signals intended for use as part of the main-modular measuring circuits (Blockin-Mechtalin Yu.K. Measuring transducer of sensor signals for main-modular systems. Measuring equipment, 1997, No. 11, p. 14), containing a voltage source for supplying the sensors with a constant voltage with switchable polarity, a differential measuring amplifier with a programmable gain, integrating analog digital transducer consisting of a voltage to frequency converter with a reference voltage source and a frequency converter into a code with programmable measurement (integration) time, a calibration signal shaper, a mode selection switch, a scale offset circuit, a control circuit for communication lines with a strain gauge sensor, a galvanic separation circuit analog part from the digital, decoder commands system trunk.

Недостатком известного аналого-цифрового измерительного преобразователя сигналов датчиков является ограниченный частотный диапазон измеряемых сигналов, значительное время измерения (интегрирования) сигнала для получения необходимой точности измерений, сложность архитектуры, включающей большое количество дискретных элементов и узлов, выполняющих основные функции преобразования.A disadvantage of the known analog-digital measuring transducer of sensor signals is the limited frequency range of the measured signals, the significant measurement time (integration) of the signal to obtain the necessary measurement accuracy, the complexity of the architecture, which includes a large number of discrete elements and nodes that perform the basic conversion functions.

Известен тензометрический измерительный преобразователь (патент РФ №2400711, G01D 9/00, опубл. 27.09.2010), принятый в качестве прототипа, содержащий источник напряжения для питания тензорезистивного моста постоянным напряжением с переключаемой полярностью, источник опорного эталонного напряжения, формирователь калибровочного сигнала и дешифратор команд системной магистрали. В тензометрический измерительный преобразователь введен аналого-цифровой усредняющий сигма-дельта преобразователь, включающий коммутатор выбора режима работы преобразователя, устройство выборки и хранения входного сигнала, преобразователь с уравновешиванием заряда, цифровой фильтр нижних частот, регистр данных и регистр управления.Known strain gauge measuring transducer (RF patent No. 2400711, G01D 9/00, publ. 09/27/2010), adopted as a prototype, containing a voltage source for supplying a strain gauge bridge with constant voltage with switchable polarity, a reference reference voltage source, a calibration signal shaper and a decoder system trunk commands. An analog-digital averaging sigma-delta converter is introduced into the strain gauge measuring transducer, including a switch for selecting a converter operating mode, an input signal sampling and storage device, a charge balancing converter, a digital low-pass filter, a data register and a control register.

Существенными признаками, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются: наличие источника напряжения для питания тензорезистивного моста (датчика) напряжением с переключаемой полярностью, аналого-цифрового преобразователя, дешифратора команд системной магистрали с регистрами данных и команд (микропроцессорного блока), системной магистрали (системной информационной магистрали).The essential features that coincide with the essential features of the proposed technical solution are: the presence of a voltage source for supplying the strain gauge bridge (sensor) with voltage with switchable polarity, an analog-to-digital converter, a decoder for system bus commands with data and command registers (microprocessor unit), and a system bus ( system information highway).

Недостатком прототипа является сложность построения распределенных многоточечных измерительных систем, сложность временной синхронизации процедуры измерения и синхронизации формирования результатов измерений при работе с однотипными, объединенными в единую измерительную систему, преобразователями, отсутствие контроля транспортных потерь результатов измерений, отсутствие защиты входных и выходных цепей от перенапряжения и гальванической развязки.The disadvantage of the prototype is the complexity of building distributed multipoint measuring systems, the complexity of time synchronizing the measurement procedure and synchronizing the formation of measurement results when working with the same type of converters integrated into a single measuring system, the lack of control of transport losses of the measurement results, the lack of protection of input and output circuits against overvoltage and galvanic interchanges.

Решаемой технической проблемой является сложность архитектуры многоточечных измерительных систем, значительное время измерения (интегрирования) сигнала для получения необходимой точности измерений, сложность построения распределенных многоточечных измерительных систем, сложность временной синхронизации процедуры измерения и синхронизации формирования результатов измерений при работе с однотипными преобразователями, отсутствие контроля транспортных потерь результатов измерений, отсутствие защиты входных и выходных цепей от перенапряжения и гальванической развязки.The technical problem to be solved is the complexity of the architecture of multipoint measurement systems, the significant measurement time (integration) of the signal to obtain the required measurement accuracy, the complexity of building distributed multipoint measurement systems, the complexity of time synchronizing the measurement procedure and synchronizing the formation of measurement results when working with the same type of transducers, lack of control of transport losses measurement results, lack of protection of input and output circuits against ne overvoltage and galvanic isolation.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по организации абсолютно синхронных измерений физических параметров со всех подключенных тензорезистивных датчиков, минимизации влияния электромагнитных помех на результат измерений, а также упрощение проектирования и реализации распределенных многоточечных измерительных систем.The technical result consists in expanding the functionality for organizing absolutely synchronous measurements of physical parameters from all connected strain gauge sensors, minimizing the influence of electromagnetic interference on the measurement result, as well as simplifying the design and implementation of distributed multi-point measuring systems.

Указанный технический результат достигается за счет того, что многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков, включающий блок прецизионных резисторов формирования полных тензоизмерительных мостов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), источник напряжения с переключаемой полярностью для питания тензоизмерительных мостов и опорного напряжения, блок микропроцессора (дешифратор команд системных магистралей) с регистром данных и регистр управления, блок цифрового интерфейса передачи результатов измерений с гальванической развязкой для передачи результатов измерений и приема/передачи управляющих команд (системная магистраль) содержит блок приема внешнего цифрового сигнала синхронизации измерений, выход которого соединен со входом блока микропроцессора, а вход, через схемы гальванической развязки, соединен с внешней системной магистралью сигнала синхронизации, при этом, аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с микропроцессорным блоком посредством межмодульного цифрового интерфейса, выход которого соединен с входом блока цифрового интерфейса управления и передачи результатов измерений, выход которого соединен через гальваническую развязку с системной информационной магистралью, выход источника опорного эталонного напряжения соединен с входом опорного напряжения АЦП и аналоговым входам напряжения питания к блоку прецизионных резисторов, а управляющий вход источника напряжения с переключаемой полярностью соединен с соответствующим цифровым выходом микропроцессорного блока. В многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков введен блок приема внешнего цифрового сигнала тактирования АЦП, выход которого соединен с входом сигнала тактирования АЦП, а вход, через схемы гальванической развязки, соединен с внешней системной магистралью сигнала тактирования. Каждый интерфейсный вход и каждый аналоговый вход снабжен схемами защиты от перенапряжения и гальванической развязки между входными и выходными цепями.The specified technical result is achieved due to the fact that the multichannel digital converter of the signals of the strain gauge sensors, including a block of precision resistors forming complete strain gauge bridges, an analog-to-digital converter (ADC), a voltage source with switchable polarity to power the strain gauge bridges and the reference voltage, microprocessor unit (decoder (decoder) commands of system highways) with data register and control register, digital interface for transmitting results The first one with galvanic isolation for transmitting measurement results and receiving / transmitting control commands (system bus) contains an external digital measurement synchronization signal receiving unit, the output of which is connected to the input of the microprocessor unit, and the input, through galvanic isolation circuits, is connected to the external system synchronization signal highway , at the same time, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the microprocessor unit via an inter-module digital interface, the output of which is connected to the input the house of the block of the digital interface for control and transmission of measurement results, the output of which is connected through galvanic isolation to the system information highway, the output of the reference reference voltage source is connected to the input of the ADC voltage reference and the analog inputs of the supply voltage to the precision resistor block, and the control input of the voltage source with switchable polarity connected to the corresponding digital output of the microprocessor unit. An input block for receiving an external digital ADC clock signal is inserted into the multichannel digital signal converter of the strain gauge sensors, the output of which is connected to the ADC clock signal input, and the input, through galvanic isolation circuits, is connected to the external system clock signal line. Each interface input and each analog input is equipped with overvoltage protection and galvanic isolation circuits between input and output circuits.

Таким образом достигается технический результат.Thus, a technical result is achieved.

Сущность заявляемой группы изобретений поясняется графическим материалом.The essence of the claimed group of inventions is illustrated by graphic material.

На фигуре 1 показана структурная схема предлагаемого многоканального цифрового преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков.The figure 1 shows the structural diagram of the proposed multichannel digital signal converter of strain gauge sensors.

На фигуре 2 приведен алгоритм работы цифрового преобразователя сигналов тензорезистивных датчиков в режиме измерений.The figure 2 shows the algorithm of the digital signal Converter strain gauge sensors in the measurement mode.

На фигуре 3 приведен алгоритм работы цифрового преобразователя сигналов тензорезистивных датчиков в режиме конфигурирования.The figure 3 shows the algorithm of the digital signal Converter strain gauge sensors in configuration mode.

Многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков (фиг. 1) включает в свой состав блок прецизионных резисторов 1 формирования полных тензоизмерительных мостов с защитными от перенапряжения цепям 12, аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), источник напряжения 3 с переключаемой полярностью для питания тензоизмерительных мостов и формирования опорного напряжения, блок микропроцессора 6 (дешифратор команд системных магистралей) с регистром данных и регистром управления, блок цифрового интерфейса 7 с гальванической развязкой 10 для передачи результатов измерений и приема/передачи управляющих команд по системной магистрали введены блок 4 приема внешних цифровых сигналов тактирования АЦП с гальванической развязкой 9 и блок 5 приема внешних цифровых сигналов синхронизации измерений с гальванической развязкой 8, при этом шесть аналоговых входов InA блока 1 прецизионных резисторов формирования полных тензоизмерительных мостов подключаются к защитным от перенапряжения цепям 12, вход InU блока 1 подключается к выходу OutU источника напряжения 3 с переключаемой полярностью для питания измерительных мостов, а выходы OutA блока 1 соединяются с входами InA аналого-цифрового преобразователя 2, выход IO которого соединен с входом IOацп блока микропроцессора 6, выход IOEth которого соединен с входом блока цифрового интерфейса 7 управления и передачи результатов измерений, вход блока цифрового интерфейса 7 через гальваническую развязку 10, соединен с системной информационной магистралью 14, выход OutUоп опорного эталонного напряжения от источника напряжения 3 соединен с входом InUоп аналого-цифрового преобразователя 2, а цифровой вход InУпр источника напряжения 3 соединен с выходом OutУпр микропроцессорного блока 6, выход блока 4 цифрового интерфейса приема внешнего сигнала тактирования соединен с входом InCLK аналого-цифрового преобразователя 2, а его вход, через цепи гальванической развязки 9, соединен с системной магистралью тактирования 15, выход блока цифрового интерфейса 5 приема внешнего сигнала синхронизации измерений соединен с соответствующим входом InSync блока микропроцессора 6, а его вход, через цепи гальванической развязки 8, соединен с системной магистралью синхронизации 16, вход защитных от перенапряжения цепей 13 подключается к внешнему источнику напряжения, а выход подключается к входу к источнику напряжения 3 с переключаемой полярностью.The multichannel digital signal converter of strain gauge sensors (Fig. 1) includes a block of precision resistors 1 forming complete strain gauge bridges with overvoltage protection circuits 12, an analog-to-digital converter 2 (ADC), a voltage source 3 with switchable polarity for supplying strain gauge bridges and the formation of the reference voltage, the microprocessor unit 6 (decoder commands of the main lines) with a data register and control register, a digital interface unit 7 with galvanic junction 10 for transmitting measurement results and receiving / transmitting control commands on the system highway, a block 4 for receiving external digital clock signals of the ADC with galvanic isolation 9 and a block 5 for receiving external digital signals for measuring synchronization with galvanic isolation 8 were introduced, with six analog inputs of the InA block 1 precision resistors forming complete strain gauge bridges are connected to overvoltage protection circuits 12, input InU of unit 1 is connected to output OutU of voltage source 3 with switch polarity for powering the measuring bridges, and the outputs OutA of block 1 are connected to the InA inputs of the analog-to-digital converter 2, the IO output of which is connected to the input IO of the microprocessor unit 6, whose IOEth output is connected to the input of the digital interface 7 of the control and transmission of measurement results, input digital interface unit 7 through galvanic isolation 10, connected to the system information highway 14, the output OutUop of the reference reference voltage from the voltage source 3 is connected to the input InUop of the analog-to-digital conversion 2, and the digital input InUpr of the voltage source 3 is connected to the output OutUpr of the microprocessor unit 6, the output of the unit 4 of the digital interface for receiving an external clock signal is connected to the InCLK input of the analog-to-digital converter 2, and its input, through the galvanic isolation circuit 9, is connected to the system clock line 15, the output of the digital interface unit 5 for receiving an external measurement synchronization signal is connected to the corresponding InSync input of the microprocessor unit 6, and its input, through the galvanic isolation circuit 8, is connected to the system hydrochloric synchronization trunk 16, the input connected to the external security source voltage by the overvoltage circuit 13, and an output connected to the input to the voltage source 3 with switchable polarity.

Работает предлагаемая полезная модель следующим образом: в режиме измерений (Фиг. 2) многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков начинает процесс измерения 18 после получения блоком микропроцессора 6 из системной магистрали синхронизации 16 первого синхропакета 17 и подачи на соответствующий вход аналого-цифровой преобразователя 2 из системной магистрали тактирования 15 импульсного сигнала 19. Аналого-цифровой преобразователь 2, входящий в состав преобразователя, начинает процесс 20 аналого-цифрового преобразования электрических сигналов, поступающих на его входы с выходов блока прецизионных резисторов 1 к которому подключено до 6-ти тензорезистивных полумостовых датчиков и передачу для хранения в блок микропроцессора 6 результатов измерения с заданной частотой дискретизации до 8 КГц. При этом эталонное опорное напряжение, необходимое для работы аналого-цифрового преобразователя 2, формирует и подает на соответствующий вход источник напряжения 3. Одновременно эталонное напряжение, с переключаемой полярностью формируемое источником напряжения 3 подается на тензорезистивные датчики, подключенных к аналоговым входам блока прецизионных резисторов 1. Частота напряжения возбуждения тензоизмерительных схем - 2 кГц и может регулироваться блоком микропроцессора 6. Частота дискретизации и частота возбуждения синхронизированы между собой. На один период (для 2 кГц) приходится 4 отсчета. Полученные данные накапливаются в микропроцессорном блоке 6 за интервал времени измерений равный 25 мс. Параллельно с получением данных от аналого-цифрового преобразователя 2, микропроцессорный блок 6 через блок цифрового интерфейса управления и передачи результатов измерений 7 (системная информационная магистраль) устанавливает и поддерживает информационный обмен с компьютером. Системная информационная магистраль 14 представляет собой цифровой интерфейс приема/передачи информации стандарта Ethernet с технологией РоЕ с и гальванической развязкой, протокол обмена TCP/IP. По завершению цикла аналогового-цифрового преобразования, по признаку 21, микропроцессорный блок 6 производит формирование и передачу информационного пакета 22 протокола TCP/IP Ethernet. Каждый пакет маркируется уникальным определенным идентификатором, полученный по системной линии синхронизации 16. Идентификатор формируется и передается в преобразователь по соответствующей системной линии синхронизации 16. Информационный пакет протокола TCP/IP Ethernet от преобразователя состоит из уникального идентификатора, служебной информации и результатов измерений по каждому из шести тензоизмерительному датчику - измерительному каналу. Системная линия синхронизации 16 и системная линия тактирования 15 представляют собой два независимых между собой цифровых интерфейса обмена информации стандарта RS-485 с гальваническими развязками, по которым преобразователь получает сигналы синхронизации и тактирования от компьютера или другого подобного внешнего устройства. Гальваническая развязка цифровых интерфейсов обеспечивает защиту от воздействия электромагнитных помех амплитудой до 4000 В. Защитные от перенапряжения цепи аналоговых входов преобразователя обеспечивают защиту от воздействия помех амплитудой до 4000 В.The proposed utility model works as follows: in the measurement mode (Fig. 2), the multichannel digital signal converter of the strain gauge sensors starts the measurement process 18 after the microprocessor unit 6 receives from the system synchronization line 16 the first sync packet 17 and supplies an analog-to-digital converter 2 from the system the clock line 15 of the pulse signal 19. The analog-to-digital converter 2, which is part of the converter, starts the process 20 of the analog-to-digital converter mations electrical signals applied to its inputs from the outputs of one block of precision resistors which are connected to 6 half-bridge piezoresistive sensors and sent for storage in the microprocessor unit 6 of measurement results with a predetermined sampling rate to 8 kHz. In this case, the reference reference voltage necessary for the operation of the analog-to-digital converter 2 generates and supplies the voltage source 3 to the corresponding input. Simultaneously, the reference voltage, with the switched polarity generated by the voltage source 3, is supplied to the strain gauge sensors connected to the analog inputs of the block of precision resistors 1. The excitation voltage frequency of the strain gauge circuits is 2 kHz and can be controlled by the microprocessor unit 6. The sampling frequency and the excitation frequency are synchronized us among themselves. For one period (for 2 kHz) there are 4 samples. The data obtained are accumulated in the microprocessor unit 6 over a measurement time interval of 25 ms. In parallel with receiving data from analog-to-digital converter 2, the microprocessor unit 6, through the digital control unit for transmitting measurement results 7 (system information highway), establishes and supports information exchange with a computer. The system information highway 14 is a digital interface for receiving / transmitting Ethernet information with PoE technology and galvanic isolation, and a TCP / IP exchange protocol. Upon completion of the cycle of analog-to-digital conversion, according to feature 21, the microprocessor unit 6 generates and transfers the information packet 22 of the TCP / IP Ethernet protocol. Each packet is marked with a unique specific identifier received on the system synchronization line 16. The identifier is generated and transmitted to the converter via the corresponding system synchronization line 16. The TCP / IP Ethernet protocol information packet from the converter consists of a unique identifier, service information and measurement results for each of six strain gauge sensor - measuring channel. The system synchronization line 16 and the system clock line 15 are two mutually independent digital RS-485 information exchange interfaces with galvanic isolation, through which the converter receives synchronization and clock signals from a computer or other similar external device. The galvanic isolation of the digital interfaces provides protection against electromagnetic interference with an amplitude of up to 4000 V. Overvoltage protection circuits of the analog inputs of the converter provide protection against the effects of interference with an amplitude of up to 4000 V.

Работа предполагаемого многоканального цифрового преобразователя сигналов тензорезистивных датчиков в режиме конфигурирования (Фиг. 3). Режим конфигурирования 24 активизируется при получении соответствующей команды 23 по системной информационной магистрали в интервале времени 10 секунд после включения преобразователя. В режиме конфигурирования преобразователь обеспечивает прием настроечных параметров и настроечных команд 25 для работы с системной информационной магистрали - сети Ethernet, с указанием статического IP-адреса преобразователя, маску сети, сетевой адрес шлюза, сетевой адрес компьютера, номер порта. В режиме конфигурирования производится настройка измерительных параметров преобразователя, в том числе чистота дискретизации, коэффициент усиления для каждого из шести измерительного канала. После получения преобразователем команды завершения режима конфигурирования 27 производится верификация сохраненных параметров 28. Запись, изменение, чтение конфигурационной информации преобразователя производится при помощи компьютера и специализированного программного обеспечения по системной информационной магистрали - сети Ethernet. Сохранение конфигурационной информации 26 осуществляется в памяти микропроцессора преобразователя.The operation of the proposed multi-channel digital signal converter of strain gauge sensors in configuration mode (Fig. 3). Configuration mode 24 is activated upon receipt of the corresponding command 23 via the system information highway in the time interval of 10 seconds after turning on the converter. In the configuration mode, the converter provides receiving of configuration parameters and tuning commands 25 for working with the system information highway - Ethernet network, indicating the static IP address of the converter, network mask, gateway network address, computer network address, port number. In the configuration mode, the measurement parameters of the transducer are adjusted, including the sampling purity and gain for each of the six measuring channels. After the converter receives the command to complete the configuration mode 27, the stored parameters 28 are verified. The converter configuration information is written, changed, and read using a computer and specialized software on the system information highway - the Ethernet network. Saving configuration information 26 is carried out in the memory of the microprocessor of the Converter.

В результате предлагаемый многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков позволяет эффективно выполнять функции приема аналоговых сигналов с шести первичных тензорезистивных датчиков, собранных по полумостовой схеме, оцифровку этих сигналов и передачу результатов по цифровым каналам связи на компьютер, при этом все измерения производятся с высокой точностью, синхронно по всем измерительным каналам. Аналого-цифровой преобразователь, при разной полярности напряжения питания тензорезистивных датчиков повышают точность измерений за счет уменьшения погрешностей от влияния электрических помех, термоЭДС в измерительных трассах и других влияющих факторов. Применение схем защиты цепей от перенапряжения и гальванической развязки позволяет использовать многоканальный цифровой преобразователь сигналов тензорезистивных датчиков в условиях интенсивных электромагнитных помех. Использование блока цифрового интерфейса тактирования АЦП и блока цифрового интерфейса синхронизации измерений в составе многоканального цифрового преобразователя сигналов тензорезистивных датчиков позволяет минимизировать затраты на проектирование сложных распределенных многоточечных измерительных систем с синхронными по времени измерениями и защитой от транспортных потерь результатов измерения.As a result, the proposed multichannel digital signal converter of strain gauge sensors can effectively perform the functions of receiving analog signals from six primary strain gauge sensors assembled in a half-bridge circuit, digitize these signals and transmit the results via digital communication channels to a computer, while all measurements are made with high accuracy, synchronously on all measuring channels. An analog-to-digital converter, with different polarity of the supply voltage of the strain gauge sensors, increases the accuracy of measurements by reducing errors from the influence of electrical noise, thermoEMF in the measuring paths and other influencing factors. The use of surge protection circuits and galvanic isolation allows the use of a multichannel digital signal converter of strain gauge sensors in conditions of intense electromagnetic interference. The use of the ADC clocking digital interface unit and the measurement synchronization digital interface unit as part of a multichannel digital converter of strain gauge signal signals allows minimizing the cost of designing complex distributed multipoint measuring systems with time-synchronous measurements and protection against transport losses of measurement results.

Многоканальные цифровые преобразователи сигналов тензорезистивных датчиков изготовлены и опробованы в составе распределенной многоточечной системы измерения уровня воздействия подвижного состава на железнодорожный путь.Multichannel digital signal transducers of strain gauge sensors are manufactured and tested as part of a distributed multipoint system for measuring the level of impact of rolling stock on a railway track.

Исследование многоканального цифрового преобразователя сигналов тензорезистивных датчиков показало их высокую точность измерений силы воздействия подвижного состава на железнодорожный путь в рабочем диапазоне частот воздействий в условиях электромагнитных помех, вызванных работой тяговых электродвигателей ПС, синхронность измерения всеми преобразователями.The study of a multichannel digital signal converter of strain gauge sensors showed their high accuracy in measuring the force of the rolling stock on the railway track in the operating frequency range of impacts under electromagnetic interference caused by the operation of PS traction motors, and the synchronization of measurement by all converters.

Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей по организации абсолютно синхронных измерений физических параметров со всех подключенных тензорезистивных датчиков, минимизации влияния электромагнитных помех на результат измерений, а так же упрощение проектирования и реализации распределенных многоточечных измерительных систем.Thus, a technical result is achieved, which consists in expanding the functionality for organizing absolutely synchronous measurements of physical parameters from all connected strain gauge sensors, minimizing the influence of electromagnetic interference on the measurement result, and also simplifying the design and implementation of distributed multi-point measuring systems.

Claims

1. A multichannel digital converter of signals from strain gauge sensors, containing a block of precision resistors for forming complete strain gauge bridges, an analog-to-digital converter (ADC), a voltage source with switchable polarity for supplying strain gauge bridges and a reference voltage, a microprocessor unit (decryptor for system trunk commands) with a data register and control register, digital interface unit for transmitting measurement results with galvanic isolation for transmitting measurement results of signals for receiving and transmitting control commands (system bus), characterized in that it contains a block for receiving an external digital signal for measuring synchronization, the output of which is connected to the input of the microprocessor unit, and the input, through galvanic isolation circuits, is connected to the external system bus of the synchronization signal, block an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the microprocessor unit via an inter-module digital interface, the output of which is connected to the input of the digital control interface unit and transmitting measurement results, the output of which is connected through galvanic isolation to the system information highway, the output of the reference reference voltage source is connected to the ADC reference voltage input and the analog voltage input to the precision resistor unit, and the control input of the voltage source with switchable polarity is connected to the corresponding digital output microprocessor unit.

2. The device according to claim 1, characterized in that it contains an external digital clock signal of the ADC, the output of which is connected to the input of the ADC clock signal, and the input, through galvanic isolation circuits, is connected to the external system clock signal line.

3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that each interface input and each analog input is equipped with overvoltage protection and galvanic isolation between input and output circuits.