Устройство аналого-цифрового преобразования

Полезная модель относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может быть использована в составе весоизмерительных систем железнодорожного транспорта в качестве преобразователя аналогового сигнала, поступающего с весоизмерительных тензорезисторных датчиков, в цифровой код.
Известна встроенная система взвешивания железнодорожных товарных вагонов (RU 2600420 C2, 30.01.2015), в состав которой входит беспроводной считывающий блок с основной функцией считывания и оцифровки выходного сигнала. Беспроводной считывающий блок содержит микропроцессорный блок с сопряженными аналого-цифровыми преобразователями (далее - АЦП) и схемой преобразования сигналов, источник питания и устройство для передачи данных в виде беспроводного передатчика/приемника. Беспроводной считывающий блок может также содержать дополнительные считывающие элементы, в том числе инерционные датчики, датчики температуры или давления, которые могут быть использованы в логике принятия решений о достоверности данных преобразователя. Беспроводной считывающий блок сообщается с диспетчером местной связи.
Недостатком данного считывающего блока является ненадежность работы, обусловленная беспроводной передачей/приемом сигнала, а также невозможность передачи преобразованного сигнала на дальние расстояния.
Известны рельсовые весы для взвешивания подвижных железнодорожных объектов в движении (RU 155518 U1, 01.04.2015), в состав которых входит измерительный блок, принятый за прототип, который осуществляет аналого-цифровое преобразование сигнала, регистрацию и обработку измеренных величин. Измерительный блок для каждой линии взвешивания содержит два программируемых контроллера, один из которых связан с группой тензорезисторных датчиков одного рельса, а второй - с группой тензорезисторных датчиков другого рельса, оба контроллера через влагонепроницаемый экранированный кабель подключены к адаптеру, который обеспечивает электропитание, управление и передачу данных на компьютер весов.
Недостатком данного измерительного блока является конструктивная сложность реализации устройства, ввиду необходимости дополнительных элементов в виде отдельного программируемого контроллера для каждой линии взвешивания и отдельно расположенного адаптера для электропитания, управления и передачи данных.
Техническим результатом является повышение надежности работы устройства, долговечности и эксплуатационной устойчивости.
Технический результат достигается тем, что устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее две группы измерительных каналов подключения, соединенных с аналого-цифровыми преобразователями, передающими преобразованную информацию на процессор обработки данных, характеризующееся тем, что при этом каждый измерительный канал подключения оснащен элементом защиты от перенапряжения и содержит по одному тензо- и термоканалу, при этом каждый измерительный канал подключения соединен с отдельным 24-разрядным сигма-дельта аналого-цифровым преобразователем, также устройство содержит основной источник питания, предназначенный для питания процессора обработки данных, преобразователя интерфейса и связанной гальванически группы измерительных каналов подключения, дополнительно содержит источник питания для питания развязанной гальванически группы измерительных каналов подключения, при этом все элементы устройства располагаются в алюминиевом пыле-влаго-грязезащищенном корпусе с гермовводами классом защиты IP 66.
Устройство аналого-цифрового преобразования поясняется изображениями, где на фиг. 1 - корпус устройства аналого-цифрового преобразования (главный вид), на фиг. 2 - корпус устройства аналого-цифрового преобразования (вид сверху), на фиг. 3 - функциональная схема.
Устройство аналого-цифрового преобразования включает корпус 1 с гермовводами 2 для присоединения кабельных линий (фиг. 1, 2), измерительные каналы подключения 3, в каждом из которых по одному тензо-4 и термо-5 каналу, оснащенных элементами защиты от перенапряжения 6.Каждый измерительный канал подключения 3 соединен с отдельным 24-разрядным сигма-дельта АЦП 7, подключенным к процессору обработки данных 8, функционально связанным с преобразователем интерфейса RS-485 9. Устройство содержит основной источник питания 10 для питания процессора обработки данных 8, преобразователя интерфейса RS-485 9 и связанных посредством гальванической изоляции 11 измерительных каналов подключения 3, также содержит дополнительный источник питания 12 для питания развязанных посредством гальванической изоляции 11 измерительных каналов подключения 3 (фиг. 3).
Устройство аналого-цифрового преобразования работает следующим образом.
Устройство может быть встроено (установлено) в грузоприемную платформу или расположено в непосредственной близости к ней и позволяет преобразовывать аналоговые сигналы, поступающие с тензо- и терморезисторных датчиков, подключенных соответственно к тензо-4 и термо-5 каналам через элементы защиты от перенапряжения 6, посредством 24-разрядных сигма-дельта АЦП 7, позволяющих передавать информацию на процессор обработки данных 8 по каждому весоизмерительному датчику отдельно. Передача преобразованных данных (информации) осуществляется по последовательному интерфейсу RS-485 посредством преобразователя интерфейса 9, позволяющего увеличить расстояние передачи преобразованной информации (данных) от грузоприемной платформы (зоны взвешивания) до внешнего периферийного устройства, обрабатывающего полученные данные. Термоизмерение посредством термо-5 канала подключения необходимо для измерения температуры материала тензо- и терморезисторных датчиков с целью введения поправочного коэффициента для исключения погрешности измерения, связанной с изменением свойств материала при изменении температуры.
Устройство содержит основной источник питания 10 для питания процессора обработки данных 8, преобразователя интерфейса RS-485 9 и связанных гальванически с процессором обработки данных 8, измерительных каналов подключения 3, также содержит дополнительный источник питания 12 для питания развязанных гальванически с процессором обработки данных 8, измерительных каналов подключения 3. Использование основного 10 и дополнительного 12 источников питания дает возможность подключения к весоизмерительным тензорезисторным датчикам, находящимся на железнодорожных путях, служащих проводниками электрических цепей, для исключения короткого замыкания.
Элементы устройства располагаются в алюминиевом корпусе 1, предназначенном для защиты от воздействия агрессивных, климатических факторов окружающей среды (пыли, влаги, грязи и др.), влияющих на его работу, улучшая метрологические и эксплуатационные характеристики, повышая тем самым его надежность, долговечность. Корпус устройства содержит гермовводы 2 для надежного и безопасного присоединения кабельных линий, которые позволяют изолировать полость и расположенные в ней проводные соединения, а также защитить кабель от механических повреждений, надежно его закрепить, снижая риск случайного вырывания, обеспечивая бесперебойность и безопасность во время эксплуатации устройства.
Все признаки заявляемого технического решения в совокупности находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом и позволяют создать устройство, надежное и долговечного при эксплуатации в агрессивных климатических условиях. Предлагаемое устройство позволяет осуществить передачу информации посредством кабельной линии связи на расстояние до 1000 м от грузоприёмного устройства весов с установленными тензо- и терморезисторными датчиками к преобразователю интерфейса RS-485, работающему в составе программно-технического комплекса на базе персонального компьютера, или к иному внешнему устройству, оборудованному стандартным последовательным интерфейсом RS-485, с возможностью подключения к весоизмерительным тензорезисторным датчикам, находящимся на железнородожных путях, подключенных к системе сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Кроме того, существует возможность параллельного подключения нескольких устройств на одну шину RS-485.