SE461935B - Foerfarande foer differentiell sampling - Google Patents

Description

461 955 fig 3 visar ett diagram över ett mätförlopp, fig 4 visar ett diagram över ett annat mätförlopp och fig Sa-5c visar olika delar av en annan utföringsform av den dynamikökande anordningen.

Förfarandet innebär att man analogt avkänner ett mätförlopp med en sensor 1. Signalen förstärkas på gängse sätt i en mätförstärkare 2 och får lämp- ligen passera ett lâgpassfilter 3. Lågpassfiltret sätter en övre gräns- frekvens i sådant lämpligt förhållande till samplingsfrekvensen fo vid en efterföljande sampling att samplingsteoremet är uppfyllt. Därefter leds signalen in på en dynamikökande anordning 4. I denna sker en återkoppling från AD-omvandlaren till en fördröjningskrets i anordningen som tillser T, neia uden är iike ned l/fo. 1 den dynenikökende anordningen bildas sedan differensen, Vdiff, mellan signalen vid ett samplingstillfälle och signalen vid det närmast föregående. Signaldiffe- att fördröjningen, rensen Vdiff förstärks sedan lämpligt mycket. Detta kan ske i en differen- tialförstärkare 8. Utsignaler från den dynamikökande anordningen 4 är dels den i ett givet ögonblick samplade direktsignalen 5, dels nämda förstärkta signaldifferens Udíff, 6. Dessa signaler leds till en dator 7 där analog- /digital-omvandlingen fullföljs genom att det momentana värdet skapas ur ett begynnelsevärde för direktsignalen 5 och summan av de därefter till aktuell tid kommande signaldifferenserna Udiff, 6, dividerade med deras förstärkning.

Det nya med anordningen är således att man förutom att mäta signalen direkt, V, (n bitar) mäter successiva delar av signalen, Vdíff, enligt figur s. I figuren är vdiff (t) = vu) - vl: - T), T = llfo fo = samplingsfrekvensen.

När signalen har registrerats i datorn kan signalen rekonstrueras ur ut- trycket v(nT) = v (e) + švdiff HT), n = 1, 2, 1 För att undvika samplingsfel vid AD-omvandlingen lâgpassfiltreras signalen vid t ex fo/4 Hz före AD-omvandlingen. Om signalen filtreras något hårda- re approximerar Vdíff väl signalens tidsderivata. 3 461 935 vum - uziï) a'- vdifflmïi/T, m = 1, 2, Fördelen med detta uttryck jämfört med det tidigare är att den absoluta noggrannheten är konstant medan för det tidigare uttrycket den absoluta noggrannheten avtar med ökande m.

Den differentiella signalen Vdiff förstärks före AD-omvandlingen med en faktor K,där K avpassas så att Iuaiffl <1 ”max * dä" ”diff = K'Va1ff' Vdíff erhålles sedan ur “diff = K ”diff- Härvid gäller att dynamiken ökar till n + %åå-å bitar.

Om förstärkningen K är för stor i ett visst ögonblick dvs erhållet värde på Udiff bottnar (t ex 12 st nollor eller 12 st ettor) kan den direkt- registrerade signalen användas för att erhålla en ny startpunkt för den differentiella registreringen enligt figur 4. m vlniïl = vlo) + gâjvdiff (i?'), m = 1, 2, ..., 1 vom = v+ zm: vdíff (fi), m = j+z, J+2 Anordningen har egenskapen att ju högre samplingsfrekvens fo som används desto större kan förstärkningen K av den differentiella signalen väljas vilket leder till högre dynamik vid mätningen. T ex erhålles med K = 128 en upplösning med 19 bitar med en 12-bitars AD-omvandlare.

I en utföringsform av uppfinningen förstärks således signaldifferensen Vdiff med ett konstant värde K i en differentialförstärkare 8. När man väljer värdet pâ K så finns två motstridiga intressen. Dels önskar man så hög förstärkning som möjligt, dels vill man inte att utrustningen skall bottna, dvs ge t ex 12 stycken ettor eller nollor ut. Man får göra en 461 935 avvägning av förstärkningen K så att sannolikheten för sådan bottning är acceptabelt liten. Om en sådan bottning sker använder man det vid nästa samplingstillfälle erhållna direktvärdet som nytt begynnelsevärde, varpå följande värden beräknas utgående från detta begynnelsevärde och de föl- jande förstärkta signaldifferenserna Udiff, 6, på samma sätt som vid den tidigare beräkningen.

I en annan utföringsform av uppfinningen förstärker man signaldifferenser~ na Vdíff i ett antal (här exemplifierat med tre stycken) parallella för- stärkare 10, ll, 12 med olika förstärkningar Kl, Kzoch K3 där Kl= 1. Dessa signaler jämförs sedan i komparatorer 13, 14, 15, 16 med utrustningens givna maximala värde fvmax. Man väljer sedan i en logisk krets 17 den största förstärkta signalen 18 som till beloppet är mindre än Vmax och leder den liksom uppgift pâ dess förstärkning 19 till datorn 7. Vid fort- satt analog/digital-omvandling skapas i detta fall det momenta värdet ur ett ursprungligt begynnelsevärde 5 och summan av de därefter till aktuell tid uppmätta förstärkta signaldifferenserna Udíff, 6, dividerade med deras respektive förstärkningar Kl, K2 och K3. Här blir det ju normalt aldrig fråga om att använda ett nytt begynnelsevärde eftersom man utväljer ett värde mindre än Vmax; I exemplet har endast använts :re olika signal- differensvärden U1= -Kl-Vdiff, U2= -K2-Vdiff och U3= -K3-Vdiff, där 1 = K1«< K2-< K3. I exemplet âstadkoms tidsfördröjningen med hjälp av tvâ sample-and-holdkretsar 20, 21, vilket leder till alternerande tecken för Uí. För att minska belastningen på sample-and-holdkretsarna 20, 21 används en isolerande krets 22, 23 före varje sample-and-holdkrets.

Signalen erhålles ur V( T) = V(U) + å! Pllí-L [Fifi-K -V HU] m í=1 k¿_ 51 diff = 1 Ffi där Kji.Vd1.ff(iT)|< Vmax, lKjïil-Vdifffil )| > Vmax eller ji= 3, i= l,..., m I ett praktiskt fall kan naturligtvis beroende på omständigheterna vilket annat antal, med olika förstärkning, förstärkta signaldifferenser Udiff som helst användas. i

Claims (3)

5 461 955 Patentkrav:

1. Förfarande för differentieïï sampïing med samp1ingsfrekvensen fo, k ä n n e t e c k n a t a v att man analogt avkänner ett mätförïopp, att man vid varje samp1ingsti11fä11e de1s sampïar signaïen V direkt, deïs bildar differensen, Vdiff, meïïan signaïen vid detta samp1ingsti11fä11e och det föregående, att man förstärker differensen för att öka dynamiken i den efterfö1jande sampïingen, och att man biidar det aktueïia signaïvärdet ur signaiens direktvärde V vid en begynneïsepunkt, begynneisevärdet, och summan av de tili aktue11 tid föïjande differensvärdena Udíff, (6), dividerade med deras förstärkning.

2. Förfarande enïigt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t a v att signaïdifferensen Vdiff förstärks med ett konstant värde som väljs så att det är så stort som möjïigt utan att den förstärkta signaïdifferensens Udiff beïopp överstiger använd utrustnings maximaia signaispänning Vmax mer än ett begränsat antaï gånger per tidsenhet och att man efter varje gång den förstärkta signaïdifferensens Udiff beïopp överskridit detta värde använder signaiens nästa direktvärde V som nytt begynneïsevärde.

3. Förfarande enïigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att signaïdifferensen Vdiff para11e11t förstärks med ett antaï fasta förstärk- ningar, varefter man för varje förstärkt signaïdifferens Udíff väïjer det ti11 beïoppet högsta förstärkta värde som är mindre än använd utrustnings . . U . V _ maximaïa s1gna1spann1ng max