CN104833858A - 开关检波电路 - Google Patents

Abstract

开关检波电路。本发明涉及电容测量测量领域，具体为整个测量系统可以分为四部分:激励源、前置电路、调理电路、检波电路。交流激励式电容测量方法对激励源幅值、频率稳定性要求较高，在前级电路引入平波作用的反馈电路，增大前级输出电压范围和抗干扰能力。本发明的有益效果在于：检波电路采用开关检波，模拟开关控制信号要求与前级输出信号同频同相的方波信号，将前级输出信号经过零比较器实现与前级输出信号同频同相，实现检波的高效性。

Description

开关检波电路

技术领域

本发明属于电容测量领域，特别涉及开关检波电路。

背景技术

随着超精密制造与精密仪器和现代工业生产的发展，对位移测量的精度要求已经达到nm级别。目前可以进行nm级测量的传感器家族分为三大类: 电感传感器、光干涉传感器和电容传感器。电容传感器具有功耗低、精度高、动态性能好、稳定性高和非接触测量等特点，深受科技工作者和工业应用者的青睐。

电容位移传感器nm级测量精度实现离不开高精度电容测量电路，调幅式电容测量方法中交流激励式和运放式比较常用，交流激励式具有抑制杂散电容能力强、动态性能好、信噪比高和测量精度高等优点而应用广泛。交流激励式测量电路包括信号发生器、前级电路、调理电路、检波电路和低通滤波器，信号发生器产生正弦波作为前级激励，前级电路将位移变化调制到电压幅值上，然后经检波电路将幅值信号从调幅波解调出来。检波电路多采用模拟乘法器实现，由于模拟乘法器检波速度慢限制工作频率，功耗大长时间工作时热噪声较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种精度高、速度快且功耗低的开关检波电路。

为了实现上述目的，本发明提供开关检波电路，从采集传感器的位移信号到信号检波完成，其信号依次经过信号发生器，用于产生正弦波作用前级激励源；前级电路，被测电容连接在前级电路的输入端，前级电路用于被测电容位移信号的初步放大，将位移变化调制到电压幅值上；调理电路，用于信号的谐波的去除；检波电路，将被测传感器的位移值进行放大并稳定；低通滤波器，做最后的信号干扰的去除，并形成可测量的信号作为输出，所述前级电路的输入端和信号发生器之间设置有用于平波的反馈电路，所述激励源采用FPGA作为可编程控制器件，所述检波电路包括开关模拟芯片和双运放芯片，从调理电路出来信号连接在双运放芯片的输入端，然后经过开关模拟芯片进行检波处理，检波完成的信号经过所述低通滤波器进行滤波后输出，所述调理电路包括过零比较器、反向器和信号合成器，信号从前级电路出来先经过过零比较器，在过零比较器的反向输出端连接有所述反向器，反相器输出端和过零比较器的同向端连接在信号合成器的输入端。

本发明的优点在于：整个测量系统可以分为四部分:激励源、前置电路、调理电路、检波电路。交流激励式电容测量方法对激励源幅值、频率稳定性要求较高，在前级电路引入平波作用的反馈电路，增大前级输出电压范围和抗干扰能力。检波电路采用开关检波，模拟开关控制信号要求与前级输出信号同频同相的方波信号，将前级输出信号经过零比较器实现与前级输出信号同频同相。

进一步，所述前级电路包括，用于放大的三极管，该三级管采用共发射极连接，所述基极和信号输入端之间连接有串联的电容和电位器。由于前级电路只做初步的放大，并且要实现对输入信号的可调，采用三级管的共发射极放大电路对于前级已经足够，当需要调节输入信号对于检波结构的影响，通过电位器对输入信号进行调节。

最后，所述低通滤波电路为积分放大电路，积分放大作用是用过抑制干扰波和无用脉冲，将积分放大电路作为低通滤波电路，可以将高于最大幅值部分进行滤去，实现信号输出的高保真度。

附图说明

图1为本发明开关检波电路的系统框图；

图2为前级电路的电路结构图；

图3为检波电路和低通滤波电路的电路连接图。

附图标记列举：前级电路1 、过零比较器2 、低通滤波电路3 、电阻R1、电阻R2、电阻R3 、第一反馈电容C1、第一反馈电容C2 。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细的说明：

如图1，开关检波电路，从采集传感器的位移信号到信号检波完成，其信号依次经过信号发生器，用于产生正弦波作用前级激励源；前级电路1，被测电容连接在前级电路1的输入端，前级电路1用于被测电容位移信号的初步放大，将位移变化调制到电压幅值上；调理电路，用于信号的谐波的去除。

如图2和图3的检波电路，将被测传感器的位移值进行放大并稳定；检波的输入信号首先经过双通放大器    THSH4032，双通放大器THSH4032的本生根据首次连接有电阻R1与电容C3并联形成双通放大器THSH4032正向输出信号的外围电路，电阻R2作为比例电阻连接在输入反相端并接地，双通放大器的同向端的第一反馈电容C1，双通放大器的同向端还设置有与电阻R1并联的电阻R3，并且与电阻R3串联的第二反馈电容C2，将双通放大器的输入端直接接在开关模拟器APG333上，同时将两组反馈电路也接在开关模拟器的信号处理端，开关模拟器APG333的输出端连接低通滤波器，做最后的信号干扰的去除，并形成可测量的信号作为输出，低通滤波电路3为积分放大电路，积分放大作用是用过抑制干扰波和无用脉冲，将积分放大电路作为低通滤波电路3，可以将高于最大幅值部分进行滤去，实现信号输出的高保真度。

前级电路1的输入端和信号发生器之间设置有用于平波的反馈电路，激励源采用FPGA作为可编程控制器件，从调理电路出来信号连接在双运放的输入端，然后经过开关模拟芯片进行检波处理，检波完成的信号经过所述低通滤波器进行滤波后输出，所述调理电路包括过零比较器、反向器和信号合成器，信号从前级电路出来先经过过零比较器，在过零比较器的反向输出端连接有所述反向器，反相器输出端和过零比较器的同向端连接在信号合成器的输入端。

整个测量系统可以分为四部分:激励源、前置电路、调理电路、检波电路。交流激励式电容测量方法对激励源幅值、频率稳定性要求较高，在前级电路引入平波作用的反馈电路，增大前级输出电压范围和抗干扰能力。检波电路采用开关检波，模拟开关控制信号要求与前级输出信号同频同相的方波信号，将前级输出信号经过零比较器2实现与前级输出信号同频同相。

前级电路1包括，用于放大的三极管，该三级管采用共发射极连接，所述基极和信号输入端之间连接有串联的电容和电位器。由于前级电路1只做初步的放大，并且要实现对输入信号的可调，采用三级管的共发射极放大电路对于前级已经足够，当需要调节输入信号对于检波结构的影响，通过电位器对输入信号进行调节。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (3)

1.开关检波电路，从采集传感器的位移信号到信号检波完成，其信号依次经过信号发生器，用于产生正弦波作用前级激励源；前级电路，被测电容连接在前级电路的输入端，前级电路用于被测电容位移信号的初步放大，将位移变化调制到电压幅值上；调理电路，用于信号谐波的去除；检波电路，将被测传感器的位移值进行放大并稳定；低通滤波器，作最后的信号干扰的去除，并形成可测量的信号作为输出，其特征在于：所述前级电路的输入端和信号发生器之间设置有用于平波的反馈电路，所述激励源采用FPGA作为可编程控制器件，所述检波电路包括开关模拟芯片和双运放芯片，从调理电路出来信号连接在双运放芯片的输入端，然后经过开关模拟芯片进行检波处理，检波完成的信号经过所述低通滤波器进行滤波后输出，所述调理电路包括过零比较器、反向器和信号合成器，信号从前级电路出来先经过过零比较器，在过零比较器的反向输出端连接有所述反向器，反相器输出端和过零比较器的同向端连接在信号合成器的输入端。

2.根据权利要求1所述的开关检波电路，其特征在于：所述前级电路包括用于放大的三极管，该三级管采用共发射极连接，所述基极和信号输入端之间连接有串联的电容和电位器。

3.根据权利要求1所述的开关检波电路，其特征在于：所述低通滤波电路为积分放大电路。