SE513954C2 - Förfarande och system för bearbetning av signaler från en givare driven med en växelströmsexcitationssignal - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 513 9%4 denna metod först av allt en hög beräkningskapacitet som måste implemen- teras med en snabb digital signalprocessor (DSP).

En faskänslig likriktning av den periodiska kvantiteten som skall mätas kommer normalt att realiseras med användning av en faslåst sampling av denna periodiska kvantitet. Ett exempel på en sådan samplingslösning visas till exempel av den föreliggande uppñnningens sökande i det amerikanska patentet US-A-4 646 004.

Ett annat amerikanskt patent US-A-5 055 843 visar en sigma-delta- modulator med fördelad förfiltrering och återkoppling. Ett ytterligare använt filter tillåter kontroll av överföringsfunktíonsproñlen för kvantiseringsbruset oberoende av framåtsignalens överföringsfunktion. Denna tekniska lösning inbegriper emellertid en ganska komplicerad koppling för reduktionen av kvantíseringsbruset och löser fortfarande inte praktiskt de tekniska problemen diskuterade ovan.

Följaktligen finns det fortfarande ett behov för förenkling av bearbetningen av sensorsignaler från växelströmsdrivna givare för att säkerställa en enkel och billig uppbyggnad liksom att presentera en tillförlitlig funktion som erbjuder hög mätupplösning. En teknik som beaktar en förbättrad metod beskriven nedan visar en ny uppñnningsmässig lösning av problemet.

SUMMERING Den föreliggande uppfinningen hänför sig till ett arrangemang för faskänslig likriktning av sensorsignalen med användande av ett förfarande, vilket kräver en mycket moderat beräkningskapacitet för att därmed möjliggöra användningen av vanliga mikroprocessorer. Vidare möjliggör förfarandet att emulera uppträdandet av äldre analoga bearbetningssystem som därmed kan ersättas utan behovet att ersätta eller återkalibrera sensorerna.

Föreliggande förfarande och system använder det faktum att samplingen synkroniseras med sensorns excitationsfrekvens, f, och den faskänsliga likriktningen erhålls genom att först sampla sensorsignalen vid en hög 10 15 20 25 30 513 9543 samplingsfrekvens, nf. Signalen, samplad med hjälp av en A/D-omvandlare styrd av sarnplingsfrekvensen nf medelvärdesbildas sedan över en halvperiod av excitationsfrekvensen varvid startpunkten för medelvärdesbildandet bestäms genom en synln-oniseringssignal som motsvarar tiden för kommu- teringen. Detta år ekvivalent med filtrering av den samplade signalen med ett decirnerande filter med hack vid jämna multiplar av excitationsfrekvensen.

Likriktningen kan då utföras med en talsekvens samplad med den optimala samplingsfrekvensen 2f (två gånger excitationsfrekvensen) i stället för samplingsfrekvensen nf använd för att erhålla hög upplösning. Utmatningen filtreras sedan ytterligare med hjälp av ett digitalt filter för att erhålla ett önskat utspänningsfrekvensgensvar. Signalutmatningen kommer att vara enkelt tillgänglig för ytterligare bearbetning. Utmatningen erbjuder emellertid fortfarande mätningar med hög upplösning trots att den endast kräver rnikroprocessorkapacitet med moderat hastighet för den ytterligare bearbet- ningen, liksom en A /D-omvandlare med låg upplösning.

I enlighet med en ytterligare utföringsform av förfarandet beräknas medelvärdet för den decirnerade signalen före den faskänsliga likriktningen med en lämplig medelvärdesberâkningsmetod. Denna medelvärdesbildnings- procedur kan inbegripa någon slags digital lågpassfiltrering med lång tidskonstant motsvarande tidskonstanten för ändringar i en avvikelse- spänning. Medelvärdet subtraheras från den decimerade signalen för att eliminera inverkan av en möjlig avvikelse.

I enlighet med ännu en ytterligare utföringsform använder förfarandet ett digitalt kamfilter som påförs den decirnerade signalen efter likriktningen.

Eftersom rippel på grund av demodulerad likströmsavvikelse uppträder exakt vid excitationsfrekvensen eliminerar ett löpande medelvärde av två värden denna avvikelse.

Förfarandet i enlighet med den föreliggande uppfinningen fastställs genom det oberoende patentkravet 1 och de beroende patentkraven 2 - 10. Vidare fastställs ett system i enlighet med den föreliggande uppfinningen genom det 10 15 20 25 30 513 954' oberoende patentkravet 11 och ytterligare utföringsformer av systemet fastställs av de beroende patentkraven 12 - 20.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen tillsammans med ytterligare syften och fördelar med denna förstås båst genom hänvisning till följande beskrivning läst tillsammans med de bifogde ritningarna, i vilka: FIG. 1 illustrerar en grundläggande utföringsfonn av en signalhantering innefattande en analog faskänslig likriktning i enlighet med teknikens ståndpunkt för användning med en givare driven med en växel- strömssignal, FIG. 1 illustrerar en utföringsform för ett förbättrat signalhanteringssystern för en givare driven med en växelströmssignal i enlighet med det föreliggande uppñnningsmâssiga förfarandet, FIG. 3 illustrerar principen för en ytterligare utföringsform av ett system i enlighet med den föreliggande uppfinningen och speciellt konstruerad för att elírninera det analoga systemet i enlighet med FIG. 1.

DETALJERAD BESKRIVNING Fördelarna med den föreliggande uppfinningen förklaras bäst i belysning av vanlig analog demodulering av amplitudmodtilerade givarsignaler som den emulerar. I teknikens ståndpunkt åstadkoms demodulering genom faskänslig likriktning följd av ett làgpassfilter, som avlägsnar frekvenskomponenter alstrade genom olinjåriteterna i likriktningen. enlighet med denna Vid vanlig (passiv) likriktriing ändras ingångssignalens polaritet vid dess nollgenomgångar, dvs. normalt två gånger per period. Vid den faskånsliga likriktningen ändras inrnatningens polaritet två gånger per period i enlighet med någon externt alstrad klocksignal. Klocksignalen kan till exempel genereras ur nollgenomgångarria för givarens excitationsström. Följaktligen år 10 15 20 25 5 5 1 3 9 5 4 en faskänslig likriktning ekvivalent med en multiplikation av sensorsignalen med en fyrkantvåg som har samma period som givarens excitationsväxel- strömssignal.

Det är väl känt att en fyrkantvåg med den fundamentala vinkelfrekvensen 01, kan expanderas till sina frekvenskomponenter i enlighet med 4 . 1 _ l . - [s1n(w°t) + - s1n(3w°t) + -sm(5co0t) . . a' 3 5 Om en sensor, med en arnplitudmodulerad utgångssignal, mäter konstanta förhållanden, såsom en konstant kraft, vridning eller ett avstånd, uppvisar utgångssignalen en konstant amplitud och fas. Frekvensen är alltså konstant och lika med givarens excitationsfrekvens.

Med användning av grundläggande trigonometriska likheter som smïwoz) = åü - common) och sinwof) sinßwof) = åßosawg) - common), befinns det att en sinusformad sensorsignal med konstant frekvens, konstant amplitud och samma fas som fyrkantvågen, transformeras genom den faskånsliga likriktningen till en demodulerad likströmskomponent som har en värde 2/1: gånger denna konstanta amplitud, samt ickelinjärt alstrade övertoner vid jämna rnultiplar av excitationsfrekvensen.

För att erhålla ett högt signal-till-brusförhållande, måste rippel i utgängssignalen beroende på de ickelinjärt alstrade övertonerna dämpas ut.

Detta åstadkoms vanligen genom användning av ett làgpassfilter med en grânsfrekvens långt under excítationsfrekvensen.

Sensorns frekvensgensvar är vanligen mycket snabbt i jämförelse med excita- tionsfrekvensen. Följaktligen bestäms frekvensgensvaret för den demodule- 10 15 20 25 6 513»É954 rade utsignalen från mätsystemet genom frekvensgensvaret för filtret som används för att eliminera de olinjärt alstrade övertonema.

I varje mättillämpning skall utsignalen frän mätsystemet reflektera tids- beroendet för den uppmätta kvantiteten med ett minimum av distorsion och fördröjning. Detta är känt att kräva en linjär fas för frekvensgensvaret och en hög gränsfrekvens, vilket är i konflikt med önskemålet om ett högt signal-till- brusförhållande.

För att lösa denna konflikt används ibland ett kamfilter i stället för ett läg- passfilter. Ett filter med hack vid järnna multiplar av excitationsfrekvensen eliminerar de olinjärt alstrade övertonerna, men kan tillverkas för att uppvisa ett snabbt frekvensgensvar och linjär fas för lägre frekvenser. Ett sådant analogt kamfilter kräver en mängd komponenter, vilka dessutom mäste individuellt trimmas för att noggrant ge hack vid de korrekta frekvenserna.

Detta gör användningen av analoga karnfilter mycket dyrbar. Ä andra sidan har digitala filter egenskaper som unikt bestäms av deras matematiska algoritm. Det är väl känt att ett filter som inbegriper beräkningen av ett löpande medelvärde av m värden, samlade med en period TS har hack vid frekvenserna givna av n f" _ mT 7 S därnäretthe1tal,n=1,2,...

Om samplingsfrekvensen f; E Ti , och antalet m väljs så att I excitationsfrekvensen fo uppfyller j; l =zmL då kommer ett enkelt löpande medelvärde av m värden att ge hack vid exakt de lcrävda frekvenserna. Vidare har ett sådant filter det kortast möjliga pulsgensvaret (endast en halv period). Detta filter, som i terminologin för 10 15 20 25 30 515 951 digital signalbearbetning klassas som ett symmetriskt FIR-filter, är känt att uppvisa ett linjärt fasberoende.

Formeln ovan kan lätt tolkas. Den betyder att signalen skall samplas vid ett jämnt antal tidpunkter (2m) varje period, och att filtreringen består av beräkning, till exempel, av ett löpande medelvärde av ett antal sampel motsvarande en halv period.

Det är även känt att en amplitudmodulerad utsignal inte kan användas för att representera en mätsignal med en frekvens högre än excitations- frekvensen. Det antas därför att frekvensínnehållet i mätsignalen över excitationsfrekvensen är försumbart.

En sådan signal kan representeras i samplad form utan förlust av information om samplingsfrekvensen är två gånger den för excitations- frekvensen i enlighet 'med vad som hänvisas till som Nyquistkriteriet.

Följaktligen är ett sampel per halvperiod frän givarens arnplitudmodulerade utsignal allt som behövs.

Det digitala kamñltret ovan kan därför kombineras med en decimering av samplingstakten med en faktor m utan förlust av information. Detta är synnerligen fördelaktigt i digitala system. Allt som krävs är en icke överlappande summering av samplen som motsvarar varje halvperiod.

Slutligen inses det att om startpunkten för summeringen väljs som det första samplet som följer på nollgenomgången för fyrkantvågen påförd genom den faskänsliga likriktningen kan ordningen likriktning och summering kastas om. Detta är en viktig skillnad med avseende på aktuella analoga system.

Följaktligen kan den faskänsliga likriktningen utföras vid den decirnerade samplingstakten och helt enkelt bestå av ändring av tecknet för vartannat värde. Det kan visas att denna procedur emulerar en analog faskänslig likriktning där polaritetsomkastningen sker exakt i mitten mellan det sista och första samplet i två angränsande halvperioder. 10 15 20 25 30 513 9så En komplikation, som måste tas med i beräkningen i varje praktisk implementering av detta system är att de digitala värdena samplade från utsignalen kommer ständigt innehålla en likströmsavvikelse. Detta kan bero på avvikelsespänningar i den analoga signalvillkorskopplingen, eller helt enkelt beroende det faktum att signalen samplas med användning av en A/D-omvandlare med unipolär ingång.

Om en likströmssignal likriktas på ett faskänsligt sätt, resulterar detta i ickelinjärt alstrade övertoner vid udda multiplar av excitationsfrekvensen.

Om analog faskänslig likriktning används elimineras vanligen detta rippel från den demodulerade utgången genom en ännu lägre gränsfrekvens för lägpassfiltret eller genom ytterligare hack vid excitationsfrekvensen om kamñltrering används.

I det digitala systemet kan ripplet beroende på likströmsavvikelse enkelt elimineras pä två sätt. Det måste inses att avvikelse-effekterna påverkar varje sampel med samma belopp. Därför kan vi lika gärna operera pä den decimerade signalen, dvs. efter summer-ingen över halvperioder. Det första sättet består av högpassfiltrering av de summerade halvperioderna före likriktníng, det andra sättet inbegriper kamfiltrering av den likriktade signalen.

Figur 1 illustrerar grundmässiga funktionsblock för en dedicerad elektronisk koppling för en analog faskänslig likriktning av givarsignaler vid användning av en givare 1 driven av en växelströmsexcitationssignal i enlighet med teknikens ståndpunkt. En sådan givare, till exempel en Pressductor©, används för omvandling av en tidsberoende kraft F(t) till en tidsberoende spänning V(t) för att till exempel användas i ett styrsystem. Givaren arbetar som en ickelinjär transformator med en kraftberoende kopplingsfaktor. Ett magnetfält i givaren alstras genom en tidsberoende ström tillhandahållen av excitationsenheten 2. Utspänningen från givaren är proportionell mot tidsderivatan av magnetflödet i en sekundärlindning. Amplituden för detta 10 15 20 25 30 515 954 9 sekundärflöde är proportionell mot kraften som skall mätas. Följaktligen utför givaren en multiplikation av kraften med excitationsströmmen förutom ett fasskift och ickelinjära effekter.

Demoduleringen av den amplitudmodulerade givarutmatningen utförs av signalbehandlingskopplingen. Givarutmatningen filtreras genom ett ingångs- filter 10 som har en överföringsfunktion AÜw), och demoduleras genom, en faskänslig likriktning. Den faskänsliga likriktningen i en detektor 9 kan ses som en multiplikation av givarutrnatningen med en fyrkantvåg som har ett väl bestämt förhållande till excitationen.

Denna fyrkantvåg deriveras genom en styrenhet 5 ur en signal angiven med hänvisningsbeteckningen 4 och som har samma frekvens som den aktuella excitationsströmmen, som matas av excitationsenheten 2 och angiven med hänvisningsbeteckningen 3. Allmänt är denna strömsignal 4 fördröjd och filtrerad och nollgenomgångarna för den filtrerade strömsignalen detekteras sedan med en komparator för att bilda fyrkantsvågsignalen angiven med hänvisningsbeteckníngen 8.

Lägfrekventa komponenter i den likriktade utgångsspänníngen motsvarar de lågfrekventa komponenterna i kraften som verkar på givaren 1. Förutom att utföra den nödvändiga demoduleringen alstrar likriktningen ett rippel med en fundamental frekvens lika med dubbla excitationsfrekvensen. Signalen lågpassñltreras därför genom ett filter 20 för att ta bort högfrekvent rippel från utgängsspänningen. Utgångsfiltret modelleras som ett idealt làgpass- filter som tar bort alla frekvenskomponenter högre än excitationsfrekvensen, m0 , följd av ett utgångsfilter 30 som har en överföringsfunktion BÜw), som ger det karakteristiska frekvensberoendet för utsignalen.

Den föreliggande uppfinningen visar en fullständigt digital lösning som emulerar det ideala utförandet av den allmänna kopplingen i enlighet med Figur 1. Figur 2 visar ett grundläggande blockschema som illustrerar ett sådant digitalt sígnalbearbetningssystem. Den faskânsliga likriktningen 10 15 20 25 30 10 513 954 utförs digitalt på samplade värden från givarsignalen. Digitala utgångs- vården erhålls här direkt. Om fortfarande en analog utgångssignal önskas, kan den erhållas med hjälp av en D/ A-omvandlare.

I enlighet med Figur 2 sarnplas givarutgångssignalen med en A/ D- omvandlare l5 som styrs av en klockgenerator 13 vilken producerar en klocksignal vid en frekvens nf. Efter A/D-omvandlaren är inplacerat ett decimerande FIR-filter 17, vilket är synkroniserat via enheten 6. Klockgene- ratom 13 levererar också, via en delarkoppling 14, en synkroniseringssignal vid frekvensen f angiven med hänvisningsbeteckningen 16. Synkroniserings- signalen 16 styr excitationsenheten 2, som då levererar en excitationsström till givaren med frekvensen f. Excitationsenheten 2 kan även styras direkt med klockgeneratorn. Den faskänsliga likriktriingen erhålls genom att helt enkelt summera vården över en halv period och sedan ändra tecknet för varannan summa. Denna procedur kommer då ge en utgångsfrekvens lika med 2f. Den eliminerar även behovet av ett lägpassfilter följande likríktaren, gör den nödvändiga decimeringen av datatakten, och minskar beräknings- insatsen med flera storleksordningar.

Den digitala faskänsliga likriktningen ökar upplösningen och noggrannheten i den digitaliserade givarsignalen eftersom det resulterande värdet för en halvperiod är summan av åtskilliga A/D-omvandlade sampel. Detta skall jämföras med en enda A/D-omvandling av en likriktad och lågpassñltrerad analog signal i enlighet med tidigare system.

Vidare, beroende på synkroníseringsarrangemanget har likriktningen ett fast fasförhållande i relation till excitationsströmmens styrvärde. Signalens 8 fas i den faskänsliga likriktningen bestäms då av en fast fördröjning 6 i förhållande till den gemensamma synkroniseringssignalen 16. detta eliminerar kretskoppling för fasförskjutning och nollgenomgångsdetektion av excitatíonsströrnmen använt för att erhålla likriktningsstyrspänningen nödvändig i en analog likriktare. Det eliminerar alltså även lågfrekventa variationer i utgångsspänningen beroende på brus i likriktarstyrkopplingen. lO 15 20 25 30 11 513 954 En ytterligare fördröjning i systemet kommer från A/ D-omvandlaren och beror bland annat på en digital filtrering utförd i A/D-omvandlaren och inbegriper till exempel i en belysande utföringsforrn en lärnplig marknadsförd 20 bitars A/D-omvandlare. En sådan lämplig A/ D-omvandlare använder delta-sigrna-modulation och kan i ett typiskt fall ge en fördröjning lika med 32 sampel, vilket inte är försumbart om excitationsfrekvensen är hög och kan då motsvara en hel period av excitationsfrekvensen. Detta kommer emellertid då att kompenseras genom fördröjningen 6.

Minimala steggensvaret som erhålls med användning av digital likriktning är mycket kort. I princip är det endast nödvändigt att beräkna värden för en halv period för att erhålla ett nytt värde, även om i de flesta fall ett löpande medelvärde av de två sista halvperioderna kan användas som den snabbaste utgångstakten. Detta eliminerar avvikelsefel och ökar ytterligare upplös- ningen och undertrycker brus. Den snabbaste utgångstakten för givarsignal- bearbetníngen i enlighet med en utföringsform enligt Figur 2 är alltså lika med två gånger excitationsfrekvensen, dvs. 2f. Gränsfrekvensen kommer att bli lika med halva excitationsfrekvensen, dvs. f/ 2.

Eftersom ett system som använder det föreliggande förfarandet gör det möjligt att emulera uppträdandet av äldre analoga signalbearbetnings- system, kan dessa därför ersättas utan behovet att ersätta eller äterkalibrera SCIISOFCITIG..

Eftersom givare såsom en Pressductor© eller en LVDT är ickelinjära anordningar, är det nödvändigt att emulera hur de olika övertonerna i den filtrerade givarsignalen kombineras i likriktaren och bidrar till resultatet. En ytterligare komplikation uppkommer om amplitud och fas för övertonema i givarsignalen ändras genom ett linjärt filter före den faskänsliga likriktningen. Ett exempel på sådan filtrering måste ibland introduceras i nätdrivna 50 eller 60 Hz system för ett erhålla kompensation för variationer i givarkänsligheten med nätfrekvensen. I andra system introduceras ingångs- ñltrering helt enkelt för att förbättra brusimmuniteten. 10 15 20 25 513 9.194 Ett rättframt sätt att emulera ett analogt ingångsñlter är att implementera detta som ett digitalt filter i den digitala signalbearbetníngen. Emellertid istället för filtrering av givarsignalen med ingångsfiltret 10 (Figur 1) med en överföringsfunktion AÜæ), kan komplexkonjugatet A'(jw) för filteröverförings- funktionen påföras fyrkantvågssignalen 8. Detta uppnås enkelt när man bygger på digitalt implementerad filtrering. Användningen av komplex- konjugatet speglar det faktum att om givarsignalens fas retarderas av filtret, måste den ekvivalenta filtreringen av fyrkantvågen avancera fasen för att ge samma resultat.

Värdena för den filtrerade fyrkantvågen för en halv period beräknas i förväg, en gång för alla, och lagras i systemet. För att utföra den digitala faskånsliga likriktningen multipliceras nu sampel från varje halvperiod av den icke filtrerade givarsignalen med värden för en sådan lagrad vektor och summeras därefter.

Figur 3 illustrerar principen för en ytterligare utföringsform av den föreliggande demodulatorn för givarsignalen. I denna verkliga konstruktion föregås A/ D-omvandlaren av ett filter 11 som har en överföringsfunktion CÜm) för att undertrycka brus och interferens och förhindra vikning. För att kompensera för effekten av detta filter filtreras fyrkantvågen ytterligare digitalt med de dividerade komplexkonjugaten för överföringsfunktionerna AÜw) respektive CÜai), indikerat av filterblocket 7 i Figur 3.

Detta innefattar det ytterligare steget, istället för summering av filtrerade sainpel tagna från givaren under en halvperiod, med multiplicering av icke filtrerade sampel med en viktníngsfunktion som har en form som bestäms av ingångsfiltret som skall emuleras. Denna viktningsfunktion kommer att bestämmas genom lösande av en associerad differentíalekvation, vars form och vars radvillkor fastställs av íilterkoefficienterna för de motsvarande filtren. 10 15 20 25 515 954 Det allmänna fallet med en viktningsfiinktion kan användas för andra ändamål än att emulera effekten av ett ingångsfilterför utspänningen i ett analogt signalbearbetningssystern. Til] exempel, kan viktningsfunktionen som sinusvåg med samma period demodulerade att ha formen av en förbättra den väljas excitationssignalen för att signalens brusimmunitet.

Anta att utmatningssigrialen f(t) från givaren med Fourierspektrum F (jw) filtreras med ett ingångsfilter som har överföringsfunktionen AÛw). En vanlig faskänslig likriktning kan beskrivas med att den filtrerade signalen f4(t) multipliceras med en fyrkantvåg q(t), med motsvarande spektrum QÜm), sådant att signalen ut från den faskänsliga likriktaren är lika med ”(1) = q(f)fl(f) Denna utgångssignal lågpassñltreras sedan så att likströmskomponenten som innehåller kraftsignalen deriveras. I enlighet med Fouñeranalys motsvarar en multiplikation i tidsdomänen en faltning i frekvensdomänen.

Fouriertransformen för det föregående uttrycket blir då: . 1 ° . . .

U<1w>= 5; [Qmw - w1>>A<1w.>F<1w, m Eftersom A*(-jw) =A(jw), blir då för w = 0 värdet för detta uttryck lika med värdet för w = O för uttrycket V<1w>= à Tenta» - w,>>A' - wmmwadw.

I tidsdomänen betyder det att det är möjligt att bilda va) = øamf) 19(t) refereras till som varande den filtrerade fyrkantvågen och kommer att definieras genom sin Fouriertransform (9001) = Q(J'w)A'(jw) 10 15 20 25 30 513 954” Likströmskomponenten för v(t) år exakt densamma som för u(t) eftersom V(0) = U(0). Vidare är det mycket enkelt att digitalt implementera v(t), eftersom det endast betyder multiplikation av givarsignalen f(t) med en känd viktnings- funktion.

I enlighet med en ytterligare utföringsform av det föreliggande förfarandet, för att erhålla det snabbast möjliga gensvaret, beräknas medelvärdet av den decimerade signalen före den faskänsliga likriktningen (dvs. avvikelse) med en lämplig medelvärdesbildningsprocedur. Denna medelvärdesbildnings- procedur inbegriper någon slags digital lågpassñltrering med en mycket lång tidskonstant motsvarande tidkonstanten för ändringar i avvikelsen. Exempel på sådana filter vilka enkelt implementeras och kräver mycket små system- resurser är kända för fackmannen. Bearbetningen inbegriper ett enkelt löpande medelvärde över många halvperioder, eller exponentiell medelvär- desbildning (enkelpoligt IIR-filter). Medelvärdet sålunda beräknat skickas vidare till den faskänsliga likriktningen. Detta eliminerar rippel utan att påverka elektronikens pulssvar. Det skall noteras att denna procedur är endast möjlig när ordningen mellan filtrering och faskänslig likriktning kastas om i förhållande till analog faskänslig likriktning som diskuterats OVaIl .

En alternativ utveckling av det föreliggande förfarandet inbegriper användning av ett digitalt kamfilter tillämpat på den decimerade signalen efter likriktningen. Konstruktionen av denna typ av digitala filter är också väl känd för fackmannen. Eftersom rippel beroende på likströmsavvikelse uppträder exakt vid medelvärde av två konsekutiva värden fullständigt denna avvikelse. Det excitationsfrekvensen, eliminerar ett löpande föreliggande förfarandet kan kombineras med annan digital filtrering av utsignalen och är speciellt lämplig i tillämpningar där ett högt signal-til1- brusförhållande är viktigare än ett snabbt frekvensgensvar.

En ytterligare fördel med den föreliggande visade konstruktionen för en fullständigt digital signalbearbetning av en amplitudmodulerad givarsignal för ytterligare bearbetning är att hela den digitalt arbetande anordningcn kommer att vara lämplig för uppbyggnad som en enda krets. 15 513 954 Det kommer att inses av fackmannen att olika modifikationer och ändringar kan göras av den föreliggande uppfinningen utan att avvika får dess omfattning, som definíeras av de bifogade patentkraven.

Claims (20)

10 15 20 25 30 513 954 PATENTKRAV

1. Förfarande för bearbetning av signaler från en givare driven med en växelströmsexcitationssignal, vilken givare som utmatning producerar en amplitudmodulerad signal innehållande kvantiteten som skall mätas, känna-tecknat av stegen alstríng av en första klockningssignal med frekvens n-_f för sampling av givarsignalen och synkroniserad med excitationssignalen, alstring av en andra klockningssignal med frekvens f synkroniserad med excitationssignalen, sampling av givarutsignalen vid en frekvens nf styrt av den första klockningssignalen, producerande av halvperiodsmedelvärden med hjälp av beräkning av ett viktat medelvärde av n/ 2 sampel av givarens växelströmsutsignal, varvid startpunkten för medelvärdesbildningen är synkroniserad med den andra kloclmingssignalen för att därigenom erhålla en reduktion av mätvärden motsvarande en optimal sampling vid 2f, att på en faskänsligt sätt likrikta och demodulera den samplade givarsignalen genom att växelvis ändra tecknet för halvperiodsmedelvärdena i enlighet med den andra klockningssignalens logiska värde.

2. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av steget att ge alla sampel i halvperiodsmedelvärdet en lika vikt för att därmed minimera beräknings- insatsen inbegripen i signalbearbetningen.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av det ytterligare steget att utföra samplingen av givarsignalen med hjälp av en A/ D-omvandlare (15).

4. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av steget att introducera en tidsfördröjning (6) till den andra klockningssignalen med frekvens f för kompensering av fasskift i de bearbetade signalerna.

5. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av det ytterligare steget att alstra excitationsväxelströmssignalen och den andra klockningssignalen 10 15 20 25 30 515 954” genom delning av den första klockningssignalen med en faktor n och därpå följande alstra excitationsväxelströmsvågfonnen med hjälp av en D / A- omvandlare.

6. Förfarande enligt krav 3, för att emulera uppträdandet av en analog bearbetningsenhet som har ett ingångsfilter som skall emuleras och med en överföringsfunktion A(jw), i ett digitalt signalbearbetningssystem som har ett verkligt ingångsfilter med en överföringsfunktion CÜw), kännetecknat av ett steg som alstrar halvperiodsmedelvärdena med användning av en viktnings- funktion som resulterar ur en matematisk filtrering av en fyrkantvåg med en komplexkonjugerad kvot A'(jw)/C'(jw) (7) mellan överfóringsfunktionen för ingångsñltret som skall emuleras och det verkliga ingångsfiltret, varvid fyrkantvågen har samma frekvens som den andra klockningssignalen.

7. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av steget att alstra halvperiodsmedelvärdena med användning av en viktningsfunktion som har formen av en sinuskurva med samma frekvens som den andra klocknings- signalen.

8. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av det ytterligare steget att utföra en digital högpassfiltrering före likriktningen, över många halvpeñodsmedelvärden, varvid den digitala högpassfiltreringen har en mycket läng tídskonstant jämfört med perioden för excitationssignalen, och därmed fullständigt eliminerar rippel i den likriktade utmatningen på grund av likströmsavvikelse i halvperiodsmedelvärdena.

9. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av det ytterligare steget med utförande av en digital kamfiltrering som uppvisar hack vid halvperiods- medelvärdena, varvid den digitala kamfiltreringen uppvisar hack vid frekvenser motsvarande udda multiplar av excitationsfrekvensen. 10 15 20 25 30 18 513 954

10. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av steget med utförande av den digitala kamfiltreringen genom beräkning av ett löpande medelvärde av två konsekutiva vården.

11. ll. System för bearbetning av signaler från en givare driven med en våxelströmsexcitationssignal, vilken producerar en amplitudmodulerad ut- matningssignal, kännetecknat av att ytterligare innefatta en generator (2) som alstrar en excitationssignal med frekvens f för vâxelströmsexcitation av givaren, en klockgenerator (13) som alstrar en första klockningssignal med frekvens nf för sampling av givarsignalen synkroniserat med excitations- frekvensen, ett frekvensdelningsorgan (14) som alstrar en andra klockningssignal med frekvens fur den fórsta klockningssignalen, ett samplingsorgan som samplar givarutmatriingssignalen vid en frekvens nf styrt av den första klockningssignalen, ett medelvärdesbildande organ som producerar halvperiodsmedel- värden med hjälp av beräkning av ett viktat värde av n/ 2 sarnpel av givarväxelströmsutmatningssignalen, varvid startpunkten för medelvârdes- bildningen är synkroniserad med den andra klockningssignalen och därmed erhåller en reduktion av mätvärden motsvarande en optimal sampling vid 2f, ett likriktande organ (9) för att på ett faskänsligt sätt likxikta och demodulera den samplade givarsignalen genom att växelvis ändra tecken på halvperiodsmedelvärdena i enlighet med ett logisk värde för den andra klockníngssignalen.

12. System enligt krav 11, kännetecknat av att alla sampel i halvperiodsmedelvârdena har lika vikt och därmed minimerar beräknings- insatsen inbegripen i signalbearbetningen.

13. System enligt krav 11, känneteclmat av att samplingen av givarsignalen utförs med hjälp av en A/ D-omvandlare (15). 10 15 20 25 30 19 513 954

14. System enligt krav 11, kännetecknat av att en tidsfördröjning introduceras för den andra klockningssignalen med frekvensen f förd kompensering av fasskift i de bearbetade signalerna.

15. System enligt krav ll, kännetecknat av att excitationsvåxelströms- signalen och den andra klockningssignalen alstras genom delning av den första klocknirigssignalen med faktor n och därpå följande alstring av excitationsväxelströmsvågformen med hjälp av en D/ A-omvandlare.

16. System enligt krav 13, för att emulera uppträdandet av en analog bearbetningsenhet som har ett ingàngsñlter som skall emuleras och med en överföringsfiinktion Afjan), kännetecknat av att ett digitalt signalbearbet- ningssystem som har ett verkligt ingàngsñlter med en överföringsfunktion C020) användning av en viktningsfilnktion som resulterar ur den matematiska filtreringen av en fyrkantvåg med en komplexkonjugerad kvot A'(jæ)/C'(jw) (7) mellan överföringsfunktionen för ingångsfiltret som skall emuleras och det halvperiodsmedelvärdena med samt produceras introduceras verkliga ingångsfiltret, varvid fyrkantvågen har samma frekvens som den andra klockniiigssignalen.

17. System enligt krav 13, kännetecknat av att halvperiods- medelvårdena produceras genom användning av en vikmingsfunktion som har formen av en sinusvåg med samma frekvens som den andra klockningsfrekvensen.

18. System enligt krav 13, kännetecknat av att en digital högpass- filtrering utförs före likriktningen, över många halvperiodsmedelvärden, varvid den digitala högpassfiltreringen har en mycket lång tidskonstant jämfört med perioden för excitationssignalen, och därmed fullständigt eliminerar rippel i den likriktade utmatningen på grund av likströmsavvikelse i halvperiods- medelvârdena. lO 20 513 954

19. System enligt krav 13, kännetecknat av att en digital karriñltreñng utförs efterföljande likriktriíngen av halvperiodsmedelvårdena, varvid det digitala kamfiltret uppvisar hack vid frekvenser motsvarande udda multíplar av excitationsfrekvensen.

20. System enligt krav 19, kännetecknat av att den digitala karnñliïeñngen utförs genom beräkning av ett löpande medelvärde av två konsekutiva värden.