动态调整的A/D分辨率制造技术

一种过程变量变送器，用于测量过程变量，以及在测量过程变量时，基于模拟输入信号的测量值来动态改变A/D转换器的分辨率。可以通过以下方式来完成上述操作：基于测量的模拟信号的值来自动调整可配置分辨率增益调整，通过对测量的输入信号进行规范化，使得其中心位于A/D转换器的最优分辨率窗口，或通过调整提供给A/D转换器的电压基准。

【技术实现步骤摘要】
分案说明本申请是申请日为2012年3月12日，申请号为201210063651.6，题为“动态调整的A/D分辨率”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及在过程控制和监视系统中使用的过程变量变送器。更具体地，本专利技术涉及在操作期间对在这种系统中对模数转换器的输入进行动态调整，以改进A/D测量的分辨率。
技术介绍
过程变量变送器用于测量过程控制或监视系统中的过程参数。基于微处理器的变送器经常包括：传感器；模数转换器，用于将来自传感器的输出转换为数字形式；微处理器，用于补偿数字化的输出；以及输出电路，用于发送补偿后的输出。当前，一般通过过程控制环路(比如，4-20mA控制环路)或无线地进行该传输。由这种系统所测量的一个示例参数是温度，通过测量阻性温度器件(RTD，有时也被称为铂电阻温度计，即PRT)的电阻，或通过测量热电偶输出的电压，来感测温度。当然，温度仅是示例性的，且也可以测量广泛的各种其他过程控制参数。某些典型的A/D转换器配置有固定的电压基准和可配置的分辨率增益调整。针对可配置的分辨率增益调整的每个增益设置对应于基准点，该基准点是所附电压基准的标量。A/D转换器使用该电压基准来设置A/D转换器的分辨率(以伏特每计数(voltspercount)为单位)。从而可以基于测量的模拟输入信号的期望信号电平，来改变A/D转换器的分辨率。在实现了A/D转换器的常规监视系统中，通常将可配置分辨率增益调整设置为使得A/D转换器可以测量指定传感器的完整范围。即，针对可以容纳整个传感器范围的单一固定的分辨率，来设置可配置分辨率增益调整。然而，实际的输入信号通常可以具有值(或在值的范围中变化)，针对该值，A/D转换器可以设置为更高得多的分辨率。从而，将增益调整设置为设置固定分辨率导致了测量电路不能被调谐为使用A/D转换器的全部能力。
技术实现思路
一种过程变量变送器，用于测量过程变量，以及在测量过程变量时，基于模拟输入信号的测量值来动态改变A/D转换器的分辨率。可以通过以下方式来完成上述操作：基于测量的模拟信号的值来自动调整可配置分辨率增益调整，通过对测量的输入信号进行规范化，使得其中心位于A/D转换器的最优分辨率窗口，或通过调整提供给A/D转换器的电压基准。附图说明图1是耦合到传感器的过程变量变送器的简化框图。图2是输入电压对分辨率的图。图3是图1所示的系统的简化框图，其中，A/D转换器具有可配置的分辨率设置。图4是对输入信号进行规范化的一个实施例的简化框图。图5A和5B是用于对输入信号进行规范化的一个实现的示意图。图6是通过改变对A/D转换器的电压基准来动态改变A/D分辨率的一个实施例的简化框图。图7是示出了系统的操作的一个实施例的简化流程图。具体实施方式图1是根据一个实施例的变送器10的简化框图。在图1所示的实施例中，变送器10包括模数(A/D)转换器18、处理器20和可编程分辨率组件22。变送器10被示出为连接到传感器12，传感器12感测由箭头14指示的过程控制参数。变送器10还被示出为连接到双线过程控制环路16，但是取而代之地或作为附加地，其也可以连接到无线变送连接。在一个实施例中，过程控制环路16向变送器10提供功率。处理器20通过过程控制环路16发送信息，并也通过过程控制环路16从其他电路或系统接收信息。作为示例，过程控制环路16可以示意性地是4-20mA过程控制环路，且可以使用合适的通信协议来进行操作。备选地，可以由无线连接来取代过程控制环路16，或除了使用无线连接之外还使用过程控制环路16，该无线连接采用各种无线技术或配置来无线地发送信息。传感器12示意性地是过程变量传感器，过程变量传感器从正在感测的过程接收输入14。传感器12可以示意性地是用于感测压力、温度、pH、流量等等的传感器。传感器12示意性地向A/D转换器18提供指示感测到的参数的模拟输出24。在本描述中，将传感器12描述为温度传感器。然而，也可以使用任何其他合适的传感器，且温度仅是可以感测的变量或参数的一个示例。应当注意到，可以根据需要将传感器12的输出24示意性地提供给对模拟传感器信号进行放大和滤波的电路(未示出)。该电路可以是传感器12的一部分或单独的电路。然后在任何情况下，可以将放大和滤波后的信号24提供给A/D转换器18。A/D转换器18向处理器20提供数字化的输出，该数字化的输出是传感器12提供的模拟信号24的数字表示。当然，处理器20示意性地具有相关联的存储器和时钟电路，并通过过程控制环路16来提供与感测到的参数相关的信息。应当注意到，处理器20可以包括输入/输出(I/O)电路，或可以单独提供I/O电路，I/O电路在环路16上发送具有数字格式的信息，或通过控制流过环路16的电流来发送具有模拟格式的信息。在任何情况下，由变送器10通过过程控制环路16来提供与感测到的参数相关的信息。图2是示出了相对于基准电压的输入电压和A/D转换器18的分辨率之间的关系的图。图2示出了A/D转换器18可以在3个不同的分辨率区域中提供输出。这些分辨率区域包括：相对高的分辨率区域、中分辨率区域(其输出具有比高分辨率区域更低分辨率的伏特每计数的分辨率的数字值)、以及相对低的分辨率区域(其输出具有比中分辨率区域甚至更低分辨率的分辨率的数字值)。在一个示例中，A/D转换器18能够在其中操作的特定分辨率区域基于模拟信号24的信号电平及其与A/D转换器18在进行其测量时使用的基准电压Vref的关系。在图2所示的示例实施例中，当信号24在+Vref/3和-Vref/3之间时，A/D转换器18可以在高分辨率区域中操作。当信号24在+/-Vref/3和+/-Vref/2之间时，A/D转换器18可以在中分辨率区域中操作，以及当信号24在+/-Vref/2和+/-Vref之间时，A/D转换器18仅可以在低分辨率区域中操作。当然，图2所示的关系和Vref/x的具体值仅作为示例。在很多现有系统中，A/D转换器18被配置为在可以容纳传感器12的整个指定操作范围的固定分辨率区域中操作。即，如果传感器12能够感测温度，且能够提供在-Vref和+Vref/3之间的输出信号24，则A/D转换器18将被配置为以最低分辨率来提供其输出。为了容纳传感器12的全部指定操作范围，这是必需的。然而，可以发生以下情况：传感器12通常在更窄得多的范围中操作，比如图2所示的范围30。在该情况下，将A/D转换器18设置为作为最低分辨率区域的分辨率区域导致了不必要的分辨率误差。随着设备准确度规格的愈发严格，针对给定输入信号，由于不使用最大可能的分辨率设置而产生的误差变为了总系统误差中的显著因素。因此，图1示出了变送器10还包括可编程分辨率组件22。可编程分辨率组件22向A/D转换器18提供输出，该输出改变A/D转换器18的分辨率设置。处理器20基于测量的输入信号24的值，来控制组件22。因此，随着信号24的值接近与新的分辨率区域相对应的值(图2所示)，处理器20动态调整A/D转换器18的分辨率，以与新的分辨率区域匹配。从而，在传感器12正在提供范围30中的输出24时(图2所示)，处理器20控制组件22将A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制过程变量变送器中的模数A/D转换器的方法，所述A/D转换器将指示工业过程变量的模拟输入信号转换为数字输出信号，所述方法包括：接收指示所述工业过程变量的模拟输入信号；执行第一测量，所述第一测量使用所述A/D转换器测量所述模拟输入信号的信号电平，其中，所述A/D转换器的分辨率随着所测量的所述模拟输入信号的信号电平的变化而改变；向所述模拟输入信号的信号电平引入信号偏移量，以移动所测量的信号电平，从而提高所述A/D转换器的分辨率；执行第二测量，所述第二测量测量具有所述偏移量的所述模拟输入信号的信号电平；将使用第二测量测量的模拟输入信号转换为数字输出信号；以及使用转换后的信号，通过变送连接来发送与所述工业过程变量相关的信息。

【技术特征摘要】
2011.03.31 US 13/077,1321.一种控制过程变量变送器中的模数A/D转换器的方法，所述A/D转换器将指示工业过程变量的模拟输入信号转换为数字输出信号，所述方法包括：接收指示所述工业过程变量的模拟输入信号；执行第一测量，所述第一测量使用所述A/D转换器测量所述模拟输入信号的信号电平，其中，所述A/D转换器的分辨率随着所测量的所述模拟输入信号的信号电平的变化而改变；向所述模拟输入信号的信号电平引入信号偏移量，以移动所测量的信号电平，从而提高所述A/D转换器的分辨率；执行第二测量，所述第二测量测量具有所述偏移量的所述模拟输入信号的信号电平；将使用第二测量测量的模拟输入信号转换为数字输出信号；以及使用转换后的信号，通过变送连接来发送与所述工业过程变量相关的信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述A/D转换器的分辨率随着所测量的所述模拟输入信号的信号电平在多个不同信号范围之间变化而改变，其中，执行第一测量包括：识别所测量的所述模拟输入信号的信号电平是否处于所述多个不同信号范围中的较低分辨率范围。3.根据权利要求2所述的方法，其中，引入信号偏移量包括：向所述模拟输入信号的信号电平引入信号偏移量，以将所测量的信号电平移至所述多个不同信号范围中的较高分辨率范围。4.根据权利要求3所述的方法，其中，识别包括：确定模拟输入信号的信号电平是否穿过所述较低分辨率范围和所述较高分辨率范围之间的边界。5.根据权利要求3所述的方法，其中，识别包括：确定模拟输入信号的信号电平是否已经进入所述较低分辨率范围和所述较高分辨率范围之间的边界附近的窗口。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：如果模拟输入信号处于所述窗口中，即使模拟输入信号未穿过所述边界，亦引入信号偏移量。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对所执行的每个第一测量，执行多个第二测量。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：间歇地执行第一测量。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：每次进行第一测量时，使用第一测量来间歇地计算信号偏移量。10.一种控制过程变量变送器中的模数A/D转换器的方法，所述A/D转换器将指示工业过程变量的模拟输入信号转换为数字输出信号，所述方法包括：接收指示所述工业过程变量的模拟输入信号；执行第一测量，所述第一测量使用所述A/D转换器测量所述模拟输入信号的信号电平，其中，所述A/D转换器的分辨率随着所测量的所述模拟输入信号的信号电平在多个不同信号范围之间变化而改变；如果所测量的所述模拟输入信号的信号电平处于所述多个不同信号范围中的较低分辨率范围，则向所述模拟输入信号的信号电平引入信号偏移量，以将所测量的信号电平移至所述多个不同信号范围中的较高分辨率范围；执行第二测量，所述第二测量测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·H·鲁德，安德鲁·J·布隆科兹卡，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US