CN102722976A

CN102722976A - 一种用于星载设备的测温传输装置

Info

Publication number: CN102722976A
Application number: CN2012102112981A
Authority: CN
Inventors: 林颖; 刘和光; 张德海
Original assignee: National Space Science Center of CAS
Current assignee: National Space Science Center of CAS
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN102722976B

Abstract

本发明提供一种用于星载的测温传输装置，该装置包含：若干包含测温电路和放大器的测温单元以及与所有测温单元的输出端相连接的传输单元，所述测温电路包含：N路并联支路，且第一支路由一基准电压源（Z1）组成；第二支路、第三支路、直到第“N-1”支路结构相同，均包含：位于接地端和电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）之间的二极管和铂电阻，位于所述第二电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）与电压输出端A之间的一固定阻值的电阻串联构成；且所述第二电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）还分别与所述放大器的正输入端相连接；所述放大器的输出端与所述传输单元的输入端分别相连；第N支路由第零电阻R0和第六电阻R6串联构成。

Description

一种用于星载设备的测温传输装置

技术领域

本发明涉及一种温度数据采集传输系统，尤其涉及一种用于星载设备的测温传输装置。

背景技术

当将测温装置用于星载系统时其体积、重量和功耗受到很大的限制，因此对于可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置就要求其具有高可靠性、体积小、重量轻、功耗低、精度高和成本低等特点。

而现在多数星载遥感器上使用的测温装置，采用每一测温点具有独立的铂电阻测温部分，因此随测温点需求路数的增加，测温装置的体积、重量及功耗会增大；同时为提高精度，现有技术常采用四线制测温方式得到各点的模拟温度数据，并将模拟数据采用长线传输至数据采集单元。如图1-a所示为现有的通用温度数据采集传输装置的结构示意图，从图中可以看出虽然此种设计采用四线制测温，较好的解决了导线电阻带来的影响，但随之而来的是电路的复杂，不利于多路温度测量的需求，给系统结构、重量及接口设计带来压力，因此将其应用于星载环境时效果并不很好，另外温度模拟信号的长线传输不利于抗干扰，会造成接收方接收的温度数据失真。

此外，图1-b为现有技术的基本二线测温图，由于基本二线制测温图是针对一个测温点设计，对于多个测温点的需求会带来元器件较多，体积增大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述用于星载设备的测温度装置的诸多缺陷，一方面改进了测温单元，使测温电路简单；另一方面，将获取的温度模拟信号进行数字化传输，使信号的抗干扰能力更强；即本发明提供一种用于星载的测温传输装置。

为了解决上述温度数据采集及传输装置的问题，本发明的目的在于一种可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其适用于不同的高精度测温数据采集、存储和传输系统。

本发明提供的一种用于星载设备的测温传输装置，该测温传输装置包含：若干测温单元和与所有测温单元的输出端相连接的传输单元，其特征在于，若干测温电路和与测温电路相连接的放大器；

所述测温电路进一步包含：N路并联于接地端和电压输出端A点之间的支路，且

第一支路由一基准电压源（Z1）组成，用于稳压；

第二支路、第三支路、第四支路直到第“N-1”支路结构相同，均分别包含：

位于接地端和电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）之间的二极管和铂电阻，位于所述第二电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）与电压输出端A之间的一固定阻值的电阻串联构成；且所述第二电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）还分别与所述放大器的正输入端相连接；

所述放大器的输出端与所述传输单元的输入端分别相连；

第N支路由第零电阻R0和第六电阻R6串联构成，且所述第二支路、第三支路、第四支路直到第“N-1”支路分别与第N支路的所有元器件构成惠斯通电桥，第N支路第二电压输出点A_N-1产生一固定电压值，而第二支路、第三支路、第四支路直到第“N-1”支路包含的铂电阻随温度变化引起阻值变化，从而在电压输出节点（A₁、A₂、A₃…或A_N-2）输出随温度变化的电压值；所述第零电阻R0和第六电阻R6相连接于节点A_N-1,所述节点A_N-1与所述放大器的负输入端相连接，所述放大器的输出端连接于传输单元的输出端；

其中，所述电压输出端A为将一电压经由一第一电阻R1后的输出节点；所述测温电路的数量受限于基准电压源的带负载能力，具体N的数量，本领域技术人员可以结合公知常识基于本发明的构思对具体支路数做出选择。

上述技术方案中，所述传输单元用于将各个测温点获取的测温信号进行模数转换并传输；所述传输单元进一步包含：依次串联连接的多路开关、差分放大电路、模数转换器和先入先出缓存器；所述多路开关与所述放大器的输出端相连，所述先入先出缓存器作为传输单元的输出端；其中，所述传输单元依据所述控制时序产生电路所发出的时序控制信号，通过采用所述模数转换器将温度模拟信号转换成温度数字信号，采用所述先进先出存储器完成对温度数字信号的存储和传送。

上述技术方案中，所述多路选择开关依据其所需测量的通道数采用不同型号的开关；所述模数转换器其位数依据精度要求而定，能够包括：8bit、12bit或16bit；所述先进先出存储器根据数据量的不同采用不同容量的FIFO。

上述技术方案中，所述用于星载的测温传输装置还包含：控制时序产生电路，用于根据协议要求产生固定的时序，即当系统数控单元发来的启动信号为低时，测温传输装置开始工作，当启动信号为高时，测温传输装置处于复位状态，控制传输单元的各数据通道的选择、采集和传输。

上述技术方案中，所述控制时序产生电路进一步包含：依次串联连接的晶振、计数器和门电路。

本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，适用于系统可靠性要求很高，同时对重量、体积、功耗又有一定限制的系统。为了满足多方面的要求，未使用通用测温数据采集传输装置的设计，避免了其电路的复杂，不利于多路温度测量的需求，可靠性低的缺点，从而使数据传输装置在达到系统可靠性要求的同时尽可能简化设计。本发明通过采取铂电阻测温数据采集和数字信号传输的设计方式，既避免了模拟信号的长距离传输和复杂的电路及对外接口所带来的性能和可靠性降低的缺点，又适用于不同的高精度测温数据采集和传输系统，同时又使系统的重量和体积减轻。

附图说明

图1-a是现有的测温数据采集传输装置的结构示意图。

图1-b是现有技术的基本二线测温图；

图2是表示本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置组成的框图。

图3是构成本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的控制时序产生电路的结构图。

图4是构成本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的铂电阻测温电路的结构图。

图5是构成本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的多通道数据采集传输电路的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例子对本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置进行详细的说明。

以下描述中用“铂电阻测温电路”代替“测温单元”，用“多路数据采集传输电路”代替“传输单元”，“控制时序产生电路”的名称保持不变。以下实施例均将N取值为6，但是N的取值不仅限于6，本领域技术人员可以结合公知常识基于本发明的构思对具体支路数做出选择。

本发明提供一种可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置。该装置包括：控制时序产生部分，铂电阻测温部分，多通道数据采集传输部分，所述：控制时序产生部分是根据系统规定的协议要求，产生控制时序信号；所述铂电阻测温部分，由铂电阻和放大器等组成，完成对温度的测量；所述多通道数据采集传输部分主要由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器完成，该多通道数据采集传输电路依据所述控制时序产生电路所发出的时序控制信号，通过采用模数转换器（A/D）将温度模拟信号转换成温度数字信号，采用一个先进先出（FIFO）存储器完成对温度数字信号的存储和传送。

另外，所述的用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，所述控制时序产生部分由晶振、计数器和少量逻辑芯片组成，按照协议要求产生固定时序，即当系统数控单元发来的启动信号为低时，测温传输装置开始工作，当启动信号为高时，测温传输装置处于复位状态，控制数据通道选择、采集和传输，时序稳定。

另外，所述的用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，铂电阻测温部分包括铂电阻、基准电压源、惠斯通电桥、二极管和放大器，采用两线制测温和多路温度信号放大电路共用惠斯通电桥（第六支路）的方式，二极管的使用保证了当某路铂电阻开路时，其它与其共用惠斯通电桥（第六支路）的电路不受影响。测温电路铂电阻测温点的个数取决于基准电压源的带负载能力。

通过与标准温度计校准，避免了两线制测温导线带来的误差，如图4所示。

另外，所述的用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，所述多路数据采集传输部分由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器构成，其中，

所述多路选择开关依据其所需测量的通道数采用不同型号的开关，包括：8位及16位；

所述模数转换器（A/D）其位数依据精度要求而定，包括：8bit、12bit及16bit；

所述先进先出（FIFO）存储器根据数据量的不同采用不同容量的FIFO。

实施例1

上述技术方案可以采用本发明提供的新的测温单元与现有技术的模拟传输单元协同工作完成温度数据的获取和传输，但是为了采用模拟传输方式带来的精度较低的问题我们又提供了实施例2的技术方案。

实施例2

本发明提供一种可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置。该装置包括：控制时序产生部分，铂电阻测温部分，多通道数据采集传输部分，所述：控制时序产生部分是根据系统规定的协议要求，产生控制时序信号；所述铂电阻测温部分，由铂电阻和放大器等组成，完成对温度的测量；所述多通道数据采集传输部分主要由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器完成，该多通道数据采集传输电路依据所述控制时序产生电路所发出的时序控制信号，通过采用模数转换器（A/D）将温度模拟信号转换成温度数字信号，采用一个先进先出（FIFO）存储器完成对温度数字信号的存储和传送。本发明通过采取铂电阻测温数据采集和数字信号传输的设计方式，既避免了模拟信号的长距离传输和复杂的电路及对外接口所带来的性能和可靠性降低的缺点，又适用于不同的高精度测温数据采集、存储和传输系统，同时又使系统的重量和体积减轻。

上述技术方案中，所述控制时序产生部分由晶振、计数器和少量逻辑芯片组成，按照协议要求产生固定时序，即当系统数控单元发来的启动信号为低时，测温传输装置开始工作，当启动信号为高时，测温传输装置处于复位状态，控制数据通道选择、采集和传输，时序稳定。

上述技术方案中，铂电阻测温部分包括铂电阻、基准电压源、惠斯通电桥、二极管和放大器，采用两线制测温和多路温度信号放大电路共用惠斯通电桥（第6支路）的方式，二极管的使用保证了当某路铂电阻开路时，其它与其共用惠斯通电桥（第6支路）的电路不受影响。测温电路铂电阻测温点的个数取决于基准电压源的带负载能力。通过与标准温度计校准，避免了两线制测温导线带来的误差。

上述技术方案中，所述多路数据采集传输部分由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器构成，温度信号由模拟信号转换成数字信号进行传输，增强了抗干扰的能力，其中，所述多路选择开关依据其所需测量的通道数采用不同型号的开关，包括：8位及16位；所述模数转换器（A/D）其位数依据精度要求而定，包括：8bit、12bit及16bit；所述先进先出（FIFO）存储器根据数据量的不同采用不同容量的FIFO。

图2是表示本发明可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置组成的框图，图3可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的控制时序产生电路的结构图，图4可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的铂电阻测温电路的结构图，图5可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置的多通道数据采集传输电路的结构图。

如图2～5所示，本发明所采用的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置由控制时序产生电路，铂电阻测温电路和多通道数据采集传输电路组成。其中，控制时序产生电路主要由晶振、计数器和少量逻辑芯片组成，按照协议要求产生固定时序，主要功能是控制数据采集和传输；铂电阻测温电路由铂电阻和放大器等组成，产生温度模拟信号；多通道数据采集传输部分主要由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器组成，主要功能是依据控制时序产生电路所发出的时序控制信号，通过采用模数转换器（A/D）将温度模拟信号转换成温度数字信号，使用一个先进先出（FIFO）存储器完成对温度数字信号的存储和传送。

如图3所示，本发明所采用的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，所述控制时序产生部分由晶振、计数器和少量逻辑芯片组成，按照协议要求产生固定时序，即当系统数控单元发来的启动信号为低时，测温传输装置开始工作，当启动信号为高时，测温传输装置处于复位状态，控制数据通道选择、采集和传输，时序稳定。

如图4所示，本发明所采用的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，铂电阻测温部分包括铂电阻、基准电压源、惠斯通电桥、二极管和放大器，采用两线制测温和多路温度信号放大电路共用惠斯通电桥（第6支路）的方式，二极管的使用保证了当某路铂电阻开路时，其它与其共用惠斯通电桥（第6支路）的电路不受影响。测温传输装置中铂电阻的个数取决于测温点的需求量，一组测温电路中所能容纳的最多铂电阻测温点的个数取决于基准电压源的带负载能力，即基准电压源能够工作在反向击穿状态又在反向电流容许的范围内。通过与标准温度计校准，避免了两线制测温导线带来的误差。

如图5所示，本发明所采用的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，其特征在于，所述多路数据采集传输部分由多路选择开关、差分放大电路、模数转换器（A/D）和先进先出（FIFO）存储器构成，其中，

根据上述的设计方式，按照32路测温通道和精度0.1K的要求，进行了铂电阻测温和多路数据采集传输电路的设计，通过对电路的全面测试和温度数字信号的全面分析，32路测温通道均达到了小于0.03K的精度，温度通道的一致性达到了0.01K，远远满足系统的要求，在轨运行验证了所述设计方案。

表1给出了两种方案各项特性的比较。

表1：

综上所述，可以看出本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置在满足星载系统高可靠性的要求的同时，硬件设备的复杂度大为降低，成本低，具有抗干扰性，又适用于不同的高精度测温数据采集和传输系统，是一种具有创新性的优化设计的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置，满足了星载的多方面需求。

另外，本发明的可用于星载的使用铂电阻测量的高精度测温和多路数据采集传输装置具有可扩展性，可以根据不同型号任务，改变存储容量方式，改变通道数，即可适应不同任务的具体需求。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于星载设备的测温传输装置，该测温传输装置包含：若干测温单元和与所有测温单元的输出端相连接的传输单元，其特征在于，所述测温单元包含：若干测温电路和与测温电路相连接的放大器；

第一支路由一基准电压源（Z1）组成，用于稳压；

所述放大器的输出端与所述传输单元的输入端分别相连；

其中，所述电压输出端A为将一电压经由一第一电阻R1后的输出节点；所述测温电路的数量受限于基准电压源的带负载能力。

2.根据权利要求1所述的用于星载设备的测温传输装置，其特征在于，所述传输单元用于将各个测温点获取的测温信号进行模数转换并传输；

所述传输单元进一步包含：依次串联连接的多路开关、差分放大电路、模数转换器和先入先出缓存器；所述多路开关与所述放大器的输出端相连，所述先入先出缓存器作为传输单元的输出端；

其中，所述传输单元依据所述控制时序产生电路所发出的时序控制信号，通过采用所述模数转换器将温度模拟信号转换成温度数字信号，采用所述先进先出存储器完成对温度数字信号的存储和传送。

3.根据权利要求2所述的用于星载设备的测温传输装置，其特征在于，所述多路选择开关依据其所需测量的通道数采用不同型号的开关；

所述模数转换器其位数依据精度要求而定，能够包括：8bit、12bit或16bit；

所述先进先出存储器根据数据量的不同采用不同容量的FIFO。

4.根据权利要求2所述的用于星载设备的测温传输装置，其特征在于，所述用于星载的测温传输装置还包含：控制时序产生电路，用于根据协议要求产生固定的时序，即当系统数控单元发来的启动信号为低时，测温传输装置开始工作，当启动信号为高时，测温传输装置处于复位状态，控制传输单元的各数据通道的选择、采集和传输。

5.根据权利要求3所述的用于星载设备的测温传输装置，其特征在于，所述控制时序产生电路进一步包含：依次串联连接的晶振、计数器和门电路。