CN102857205B - 信号调理设备、传感器和信号采集处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号调理设备、传感器和信号采集处理系统，其中设备包括：互为冗余的第一信号调理电路和第二信号调理电路：所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均至少包括：滤波单元，所述滤波单元的参考电压端设置有调零电路。信号调理设备设置的冗余信号调理电路，在其中一路信号调理电路出现故障，另一路将执行信号调理动作，从而克服了现有技术中信号调理电路故障导致的装置报废率高的技术问题，所述滤波单元在参考电源设置有调零电路，所述调零电路通过可调电阻调节所述滤波单元的输出电压，从而保证了应用信号调理电路的信号采集处理系统各信号调理电路的输出零点具备一致性。

Description

信号调理设备、传感器和信号采集处理系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，更具体地说，涉及信号调理设备、传感器和信号采集处理系统。

背景技术

信号调理电路是将传感器感应部件采集的微弱的待测信号进行处理，最终将传感器最初的输出信号调理成能被测量电路所利用的信号。

以双线圈端电压信号调理电路为例，该信号调理电路前输入端具备差分双线圈结构，所述信号调理电路将差分线圈两端的电压信号采集出来进行信号调理。图1中的电阻R1与电阻R2作为分压电阻，分别与电感L1与电感L2串联，频率为f、峰峰值为Vp-p的正弦波作为激励信号输入，由于电感L1与电感L2的电感值感应外界物理量发生变化，总阻抗Z1与Z2随电感L1与电感L2的电感值变化。

现有的信号调理电路至少存在如下缺点：该电路设置有一路信号调理电路输出，当该路信号调理信号出现故障时，设置有该信号调理电路的装置将整体耗废掉，故而存在装置报废率高的技术问题；其次，现有的应用信号调理电路的信号采集处理系统由于输入所述信号调理电路的线圈加工差别，而导致该系统零点输出一致性较低，另外，在信号调理电路中，大多设置有二极管部件，由于所述二极管易受温度影响，而出现信号调理电路输出准确性低的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种信号调理设备、传感器和信号采集处理系统，以实现降低装置故障报废率和克服输出零点一致性差的技术效果。

一种信号调理设备，包括：互为冗余的第一信号调理电路和第二信号调理电路：

所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均至少包括：滤波单元，所述滤波单元的参考电压端设置有调零电路。

优选地：

所述调零电路具体为可调阻抗。

所述调零电路还包括：

与所述可调阻抗的上可调阻抗串联的第一匹配电阻；

与所述可调阻抗的下可调阻抗串联第二匹配电阻。

所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均还包括：波形整形电路；

所述波形整形电路的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

所述波形整形电路具体为电子开关式乘法器电路。

所述电子开关式乘法器电路还包括：

与所述电子开关式乘法器电路第一输出端连接的第一放大电路；

以及，

与所述电子开关式乘法器电路第二输出端连接的第二放大电路。

为了完善上述方案：

所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均还包括：放大电路；

所述放大电路的输出端与波形整形电路的输入端连接。

一种传感器，包括所述信号调理设备。

信号采集处理系统，包括所述传感器。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例中信号调理设备设置的冗余信号调理电路，在其中一路信号调理电路出现故障，另一路将执行信号调理动作，从而克服了现有技术中信号调理电路故障导致的装置报废率高的技术问题，所述滤波单元在参考电源设置有调零电路，所述调零电路通过可调电阻调节所述滤波单元的输出电压，从而保证了应用信号调理电路的信号采集处理系统各信号调理电路的输出零点具备一致性；另外，所述波形整形电路具体为电子开关式乘法器电路，改善了现有信号调理电路中二极管受温度影响导致的信号调理电路调理准确性低的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的现有的信号调理电路结构示意图；

图2a为本发明实施例公开的一种信号调理设备结构示意图；

图2b为本发明实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路的滤波单元结构示意图；

图2c为本发明又一实施例公开一种信号调理设备中信号调理电路的滤波单元调零电路结构示意图；

图3a为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路结构示意图；

图3b为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路的波形整形单元结构示意图；

图3c为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路的波形整形单元结构示意图；

图4a为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路结构示意图；

图4b为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路的放大电路结构示意图；

图4c为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路结构示意图；

图5为本发明又一实施例公开的一种信号调理设备中信号调理电路结构示意图；

图6为本发明实施例公开的一种传感器结构示意图；

图7为本发明实施例公开的一种信号采集处理系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种信号调理设备、传感器和系统，以实现降低装置故障报废率和输出零点一致性提高的技术效果。

需要说明的是，本说明书中的实施例以双线圈端电压输入为例进行信号调理设备的结构及机理说明，当然并不局限该种输入型的信号调理设备。

图2a示出了一种信号调理设备，图2b-图2c示出了滤波单元结构示意图结合图2a-图2c进行说明，所述信号调理设备包括：

见图2a，互为冗余的第一信号调理电路1和第二信号调理电路2：

互为冗余的两路信号调理电路，当一路信号调理电路出现故障时，仍能进行正常输出，从而增加了该设备的可靠性。

见图2b-图2c，所述第一信号调理电路1和第二信号调理电路2均至少包括：滤波单元3，所述滤波单元的参考电压端设置有调零电路4。

若在同一个信号采集处理系统中，需要对多个信号进行调理，则需要用到多个信号调理电路，在该种应用场景下，需要同一系统中的同类信号调理电路零点输出一致，提高输出数据准确性，因而为了克服现有技术中由于输入所述信号调理电路的信号的线圈加工差别，而导致该系统输出零点一致性较低的问题，本实施例将在滤波单元的参考电压端设置调零电路，首先如图2b所示：

通过调整可调电阻R13，调节系统的零点电压，实现多个信号调理电路的输出Vout的一致性。其中R13+、R13-分别为可调电阻的上可调阻抗和下可调阻抗，其中VR13为可调电阻输出端的电压，此时低通滤波电阻的输出电压为：

$\mathrm{Vout}=f(V_{2+}-V_{2-})+\frac{R_{13-}}{R_{13+}+R_{13}-}\mathrm{Vref}$

通过调整R13，可以调整输出电压Vout，同一系统中的同类信号调理电路零点输出一致。

如图2c所示：

在所述另外可以通过R13串联电阻的方式，与所述可调阻抗的上可调阻抗串联R13+的第一匹配电阻R14；

与所述下可调阻抗R13-串联的第二匹配电阻R15。

缩小零点调节范围，使调零电路的调节零点工作更方便。如下图所示。

差动滤波电路的输出为：

$\mathrm{Vout}=f(V_{2+}-V_{2-})+\frac{R_{13}-+R15}{R14+R13+R15}\mathrm{Vref}$

此时R13的调节范围较小，选择合适的R14与R15，可以方便的调节系统的零点。

需要说明的是，所述第一信号调理电路1和第二信号调理电路2与线圈输出端的连接方式可以是如图所示的：第一信号调理电路输入端与第二信号调理电路输入端均与线圈输出端连接，如图所示；

也可以实现为：第一信号调理电路输入端与线圈输出端连接，第二信号调理电路输入端经过电阻与线圈输出端连接，这样的连接形式实现第一信号调理电路与第二信号调理电路中的元件参数配置不同，从而防止在生产制造中一路差动放大电路出现生产故障而导致整个信号采集处理电路的报废情况的发生。

图3a示出了又一种信号调理设备的信号调理电路，在上述实施例基础上还包括波形整形电路5；

所述波形整形电路5的输出端与所述滤波单元3的输入端连接，所述波形整形电路5具体为电子开关式乘法器电路，如图3b所示，V1为输入至所述波形整形电路的电压信号，该电路中C+、C-分别为与V1信号同频的方波信号，作为电子开关D1及D2的控制信号，波形整形电路产生V2+和V2-，原理是：

在C+高电平时，C-为低电平，电子开关D1打开，D2关闭，此时正弦波的上半波通过，输出V2+，V2-无输出；当C+为低电平，C-为高电平，电子开关D1关闭，电子开关D2打开，正弦波下半波通过，输出V2-，V2+无输出，最终将V2+与V2-相减，得到只有连续正弦波的V2输出。

该电子开关式乘法器电路的设置改善了现有信号调理电路中二极管受温度影响导致的信号调理电路调理准确性低的缺陷。

图3c示出了又一种信号调理电路的电子开关式乘法器电路，基于图3b的电子开关式乘法器电路，包括：

与所述电子开关式乘法器电路正向第一输出端连接的正相第一放大电路6；

以及，

与所述电子开关式乘法器电路反向第二输出端连接的第二反相放大电路7。

结合图示进行说明，在D1导通时，V2+输入到运放的同相端，第一放大电路6导通，将运放的反相端接地，构成同相放大电路；同理，在D2导通时，V2-输入到运放的反相端，同时第二放大电路7导通，将运放的同相端接地，构成反相放大电路，从而实现V2+-V2-的功能。

图4a示出了又一种信号调理设备中信号调理电路，该电路中还包括：放大电路8，所述放大电路的一种实现形式可参见图4b所示；

所述放大电路8的输出端与波形整形电路5的输入端连接；

图4c示出了电路结构形式的一路信号调理电路（与图4a对应），该电路为图4b、图3a和图2b的组合，该电路中的部件结构和工作原理参见图示对应的说明，不再赘述。

图5示出了又一种信号调理设备中信号调理电路，所述放大电路、波形整形电路也可连接有调零电路，分别是第一调零电路9、第二调零电路10。

所述调零电路在放大电路及波形整形电路中的设置保证了信号调理电路中各个单元的零点输出一致。

需要特别指出的是，本发明还公开了一种传感器，如图6所示，包括上述实施例中所述的信号调理设备，对于所述信号调理设备的结构和功能参见上述实施例及其对应说明，此处不再重复图示及赘述。

以及，本发明还公开了一种信号采集处理系统，如图7所示，包括上一实施例中的传感器，所述系统可为安装有传感器、控制器的多装置系统，所述传感器包括图1-5对应实施例中所述的信号调理设备，对于所述信号调理设备的结构和功能参见上述实施例及其对应说明，此处不再重复图示及赘述。

综上所述：

本发明实施例中信号调理设备设置的冗余信号调理电路，在其中一路信号调理电路出现故障，另一路将执行信号调理动作，从而克服了现有技术中信号调理电路故障导致的装置报废率高的技术问题，所述滤波单元在参考电源设置有调零电路，所述调零电路通过可调电阻调节所述滤波单元的输出电压，从而保证了应用信号调理电路的信号采集处理系统各信号调理电路的输出零点具备一致性；另外，所述波形整形电路具体为电子开关式乘法器电路，改善了现有信号调理电路中二极管受温度影响导致的信号调理电路调理准确性低的缺陷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种信号调理设备，其特征在于，包括：互为冗余的第一信号调理电路和第二信号调理电路：

所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均至少包括：滤波单元，所述滤波单元的参考电压端设置有调零电路；

其中，所述调零电路具体为可调阻抗；

其中，所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均还包括：波形整形电路；

所述波形整形电路的输出端与所述滤波单元的输入端连接；

所述波形整形电路具体为电子开关式乘法器电路；

其中，所述第一信号调理电路输入端与线圈输出端连接，所述第二信号调理电路输入端经过电阻与线圈输出端连接。

2.如权利要求1所述的信号调理设备，其特征在于，所述调零电路还包括：

与所述可调阻抗的上可调阻抗串联的第一匹配电阻；

与所述可调阻抗的下可调阻抗串联第二匹配电阻。

3.如权利要求1所述的信号调理设备，其特征在于，所述电子开关式乘法器电路还包括：

与所述电子开关式乘法器电路的第一输出端连接的第一放大电路；

以及，

与所述电子开关式乘法器电路的第二输出端连接的第二放大电路。

4.如权利要求1所述的信号调理设备，其特征在于，所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均还包括：放大电路；

所述放大电路的输出端与波形整形电路的输入端连接。

5.一种传感器，包括：权利要求1-4任一项权利要求所述的信号调理设备。

6.一种信号采集处理系统，包括：权利要求5所述的传感器。