CN103475343B - 一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于流量积算仪的信号处理领域。一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，包括以下步骤：第一步：将传感器信号传送给电压跟随器以进行阻抗匹配；第二步：将经过阻抗匹配的所述传感器信号传送给滤波器以去除直流；第三步：将去除直流的所述传感器信号传送给放大器以对所述传感器信号进行放大和整形；第四步：将放大和整形后的所述传感器信号传送给第一斯密特触发器以去除干扰信号和进一步整形；第五步：将经过去除干扰信号和进一步整形后的所述传感器信号传送给第二斯密特触发器以再次去除干扰信号和进一步整形；从所述第二斯密特触发器输出脉冲信号。本发明能实现对微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗技术效果。

Description

一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法

技术领域

本发明属于流量积算仪的信号处理领域，尤其是一种传感器的微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法。

背景技术

在物联网模型中，一般分为三层：传感器层、传输层和应用层，而在传感器层就包含各种各样的传感器，这些传感器的输出信号千差万别，一般都需要进行处理，变成某些标准信号(如脉冲信号、4-20mA标准信号等)后，才能在传输层中进行传输，而传感器输出信号的处理就变得非常关键。

传感器的输出信号一般是一些微弱信号，在处理时要特别注意，因为在获取有用信号的同时，也存在各种各样的干扰信号，因此微弱信号处理的目的，就是去除干扰信号，得到有用信号。

在传感器的信号处理过程中，由于传感器的输出信号非常微弱，只有几十毫伏，有的甚至只有几十微伏，因此需要对信号进行放大、整形等处理，同时要去除各种干扰噪声，比如50Hz工频干扰，电源的纹波干扰，以及传感器本身的各种干扰等。

同时，信号的处理过程在电池供电的条件下进行，而电池的电量是有限的，为了尽可能延长该处理过程的工作时间，要求信号处理过程的功率消耗越低越好。

目前有针对微弱信号的处理方法，但其它方法的抗各种干扰的能力有限，造成对各种干扰信号去除能力差，去除不尽，或把有用信号也去除，或去除有用信号保留干扰信号，同时功耗也比较高。本方法的组成部件都是低功耗的部件，达到了低功耗的目的。

本发明是为了解决传感器的微弱信号的放大、整形和去除干扰和低功耗等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种微弱信号的抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法。以解决对传感器的微弱信号的放大、整形和去除干扰等问题。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，包括以下步骤：

第一步：将传感器信号传送给电压跟随器以进行阻抗匹配；

第二步：将经过阻抗匹配的所述传感器信号传送给滤波器以去除直流；

第三步：将去除直流的所述传感器信号传送给放大器以对所述传感器信号进行放大和整形；

第四步：将放大和整形后的所述传感器信号传送给第一斯密特触发器以去除干扰信号和进一步整形；

第五步：将经过去除干扰信号和进一步整形后的所述传感器信号传送给第二斯密特触发器以再次去除干扰信号和进一步整形。

本方法是把有各种干扰(毛刺、尖峰等)的近似正弦波信号转换为脉冲信号，方便计数(用于测量转速)。

关于如何实现低功耗的问题，低功耗具体体现在：

1、电路设计尽量简单，要求是低功耗设计；

2、其中的元器件必须是低功耗的；

3、在例子电路中，实测的功耗为16.5-50微瓦。

在所述第三步中，放大器工作在饱和状态，不但能够放大信号，比如把30mv(峰-峰值)的近似正弦波信号放大到3.3V(峰-峰值),而且也变成近似的方波脉冲信号。

所述第一斯密特触发器可作为一种迟滞比较器，迟滞比较器的主要优点是抗干扰的能力强，迟滞比较器可以组成矩形波、锯齿波等非正弦发生电路，也可以实现波形变换。

从所述第二斯密特触发器输出脉冲信号。

所述第二斯密特触发器对信号进一步整形，去除毛刺、尖峰等干扰信号。

本发明通过加入各种抗干扰措施，使传感器的微弱信号通过放大、整形等来得到传感器输出的有用信号，排除了各种虚假信号，为后续的系统处理建立了坚实的基础。

传感器的输入信号为带干扰的转速正弦信号。

所述阻抗匹配为输入时阻抗大，输出时阻抗小。

在输入时阻抗大指的是传感器的输入阻抗大，也就是从本处理方法的输入看(它的输入就是接入的传感器)，传感器的阻抗大。

经过处理后输出时阻抗小，本处理方法处理后的输出阻抗小，便于后续电路的处理。

在输入阻抗大时：输入阻抗大，则传感器的电流小(电压基本不变)，消耗的功耗低，有利于实现低功耗，同时因传感器的电流小，对后续的本处理方法的冲击和影响也小；

输出阻抗小：因为本处理方法的后续处理电路是电压处理电路，输出阻抗小，则本处理方法的分压就小，对后续处理电路的影响就小。

所述放大器处于饱和状态。所述放大器的放大和整形的过程，具体是变正弦信号为脉冲信号，脉冲幅值为电源电压。

所述第一斯密特触发器是一级斯密特触发器，所述第二斯密特触发器是二级斯密特触发器。

一级斯密特触发器后信号会反向，二级斯密特触发器信号会因再次反向而恢复信号的原来的相位，同时再次增强了信号的抗干扰能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过加入各种抗干扰措施，使传感器的微弱信号通过放大、整形等来得到传感器输出的有用信号，排除了各种虚假信号，同时功率消耗低，为后续的系统处理建立了坚实的基础。

附图说明：

图1是一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法的流程图；

图2为本发明的方法中第一步的信号波形图。

图3为本发明的方法中第二步的信号波形图。

图4为本发明的方法中第三步的信号波形图。

图5为本发明的方法中第四步的信号波形图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，包括以下步骤：

第一步：将传感器信号传送给电压跟随器1以进行阻抗匹配；

第二步：将经过阻抗匹配的所述传感器信号传送给滤波器2以去除直流；

第三步：将去除直流的所述传感器信号传送给放大器3以对所述传感器信号进行放大和整形；

第四步：将放大和整形后的所述传感器信号传送给第一斯密特触发器4以去除干扰信号和进一步整形；

第五步：将经过去除干扰信号和进一步整形后的所述传感器信号传送给第二斯密特触发器5以再次去除干扰信号和进一步整形；

从所述第二斯密特触发器输出脉冲信号。

本发明通过加入各种抗干扰措施，使传感器的微弱信号通过放大、整形等来得到传感器输出的有用信号，排除了各种虚假信号，同时功率消耗低，为后续的系统处理建立了坚实的基础。

所述阻抗匹配为输入时阻抗大，输出时阻抗小。

所述放大器处于饱和状态。所述放大器的放大和整形的过程，具体是变正弦信号为脉冲信号，脉冲幅值为电源电压。

如图2所示，在所述第一步中，传感器输入信号6和跟随器输出信号7，信号频率60.98Hz,信号峰-峰值64mv；

如图3所示，在所述第二步中，跟随器输出信号7和滤波器的去直流输出信号8，该信号也是运放输入信号，信号频率60.98Hz,直流电平1.65v，信号峰-峰值64mv；

如图4所示，在所述第三步中，运放输入信号和运放输出信号9，信号频率60.98Hz,信号峰-峰值64mv，脉冲峰值3.3V；

如图5所示，在所述第四步中，运放输出信号9和触发器输出10，信号频率60.98Hz,脉冲峰值都为3.3V。

可以看出，输入信号经过本发明公布的方法的处理达到了抗干扰、整形和放大的低功耗效果。

其中抗干扰为主要防止毛刺、尖峰等干扰信号。

Claims (3)

1.一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将流量积算仪的传感器传出的转速信号传送给电压跟随器以进行阻抗匹配；

第二步：将经过阻抗匹配的传感器转速信号传送给滤波器以去除直流；

第三步：将去除直流的所述传感器转速信号传送给放大器以对所述传感器转速信号进行放大和整形；

第四步：将放大和整形后的所述传感器转速信号传送给第一斯密特触发器以去除干扰信号和进一步整形；所述第一斯密特触发器为迟滞比较器；

第五步：将经过去除干扰信号和进一步整形后的所述传感器转速信号传送给第二斯密特触发器以再次去除干扰信号和进一步整形；

从所述第二斯密特触发器输出脉冲信号。

2.如权利要求1所述的一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，其特征在于，所述阻抗匹配为输入时阻抗大，输出时阻抗小。

3.如权利要求1或2所述的一种微弱信号抗干扰、放大和整形的低功耗处理方法，其特征在于，所述放大器处于饱和状态。