CN106404006A - 传感器测量系统及传感器测量信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量技术领域，公开了一种传感器测量系统及传感器测量信号的处理方法。本发明中，该传感器测量系统包括：激励模块、传感器、处理模块和除法器；激励模块分别连接于传感器和除法器；除法器用于根据激励模块的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理，并输出至处理模块。本发明实施方式还提供了一种传感器测量信号的处理方法。本发明实施方式与现有技术相比，可以消除传感器测量精度对传感器激励的依赖性，降低对传感器激励的要求，扩大传感器适用场合。

Description

传感器测量系统及传感器测量信号的处理方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种传感器测量系统及传感器测量信号的处理方法。

背景技术

线性传感器是指在待测物理量保持不变时，传感器的输出信息与其输入激励呈线性变化关系的传感器，比如称重传感器，温度传感器等均属于线性传感器。现有传感器测量系统中，传感器的输出信息通常经过调理模块适当调理后，进入后续处理模块进行处理，最终得到待测物理量的测量值。

然而，本申请的发明人发现：由于线性传感器的输出信息与其输入激励存在线性关联，故在实际使用中，传感器对待测物理量的测量精度势必会受到传感器激励精度的影响。这样，为保证传感器达到一定测量精度，就会对传感器激励提出较高要求。也就是说必须保证传感器激励拥有足够精度或稳定度，才能保证传感器的测量精度。因此，对于能够提供的传感器的激励精度不够高或者不够稳定的场合，传感器的使用也会受到很大限制。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种传感器测量系统及传感器测量信号的处理方法，可以消除传感器测量精度对传感器激励的依赖性，降低对传感器激励的要求，扩大传感器适用场合。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种传感器测量系统，包括：激励模块、传感器、处理模块和除法器；所述激励模块分别连接于所述传感器和所述除法器；所述除法器用于根据所述激励模块的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理，并输出至所述处理模块。

本发明的实施方式还提供了一种传感器测量信号的处理方法，包括：采集传感器的激励的输出信息，采集所述传感器的输出信息；根据所述激励的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理，根据所述除法处理之后的传感器的输出信息计算所述传感器的测量值。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在传感器测量系统中加入了除法器，并利用除法器根据传感器的激励模块的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理，从而消除了传感器的激励模块对于传感器的测量精度的影响，使得传感器在其激励精度不高或者不稳定的情况下，也能保持较佳的测量精度，提高了传感器的适用范围。

另外，所述传感器测量系统还包括：调理模块；所述调理模块用于对所述传感器的输出信息进行调理并输出至所述除法器；所述除法器用于对经所述调理模块调理后的所述传感器的输出信息进行除法处理，并输出至所述处理模块。

另外，所述调理模块用于对所述传感器的输出信息进行放大，并将放大后的所述传感器的输出信息输出至所述除法器。

另外，所述传感器测量系统还包括：调理模块；所述调理模块用于对经所述除法器处理之后的所述传感器的输出信息进行调理，并将调理之后的所述传感器的输出信息输出至所述处理模块。

另外，所述除法器包括运算放大单元和模拟乘法单元；所述传感器的输出信息输出至所述运算放大单元；所述运算放大单元用于对所述接收到的所述传感器的输出信息放大后输出至所述模拟乘法单元；所述激励模块的输出信息输出至所述模拟乘法单元；所述模拟乘法单元用于根据所述激励模块的输出信息对经所述运算放大单元放大的所述传感器的输出信息进行除法处理。

另外，所述传感器测量系统还包括：获取模块；所述获取模块用于在不对所述激励模块产生影响的前提下获取所述激励模块的输出信息，并将获取到的所述激励模块的输出信息提供给所述除法器；所述除法器用于根据所述获取模块提供的所述激励模块的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理。通过获取模块可以消除激励模块(位于外部)和除法器(位于内部)的直接耦合关系，提高除法器可靠性。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式传感器测量系统的原理示意图；

图2是根据本发明第一实施方式传感器测量系统的具体实施例的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式调理模块的电路结构示意图；

图4是现有技术传感器测量系统激励电压V_ex与调理模块的输出V_o1随时间变化曲线示意图；

图5是根据本发明第一实施方式除法器的电路结构示意图；

图6是根据本发明第一实施方式传感器测量系统激励电压V_ex与除法器的输出V_o2随时间变化曲线示意图；

图7是根据本发明第二实施方式传感器测量系统的结构示意图；

图8是根据本发明第三实施方式传感器测量系统的结构示意图；

图9是根据本发明第三实施方式获取模块和除法器的电路结构示意图；

图10是根据本发明第三实施方式获取模块的另一种电路结构示意图；

图11是根据本发明第三实施方式传感器测量信号的处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种传感器测量系统。如图1所示，该传感器测量系统10包括：激励模块101、传感器102、除法器103和处理模块104。激励模块101分别连接于传感器102和除法器103。除法器103用于根据激励模块101的输出信息对传感器102的输出信息进行除法处理，并输出至处理模块104。

本实施方式中，传感器102为线性传感器，举例而言，传感器102例如可以是温度传感器或者称重传感器。本实施方式对传感器的具体类型不做限制。

本实施方式中，除法器包括运算放大单元和模拟乘法单元。传感器102的输出信息输出至运算放大单元，运算放大单元用于对接收到的传感器的输出信息放大后输出至模拟乘法单元。激励模块的输出信息输出至模拟乘法单元。模拟乘法单元用于根据激励模块的输出信息对经运算放大单元放大的传感器的输出信息进行除法处理。

如图2所示，在实际应用中，传感器测量系统10还包括：调理模块105。调理模块105用于对传感器102的输出信息进行调理并输出至除法器103。除法器103用于对经调理模块105调理后的传感器102的输出信息进行除法处理，并输出至处理模块104。

本实施方式中，调理模块105用于对传感器102的输出信息进行放大，并将放大后的传感器102的输出信息输出至除法器103。对于线性传感器而言，调理模块用于对传感器的输出信息进行线性放大。

结合图2所示，对本实施方式传感器测量系统的工作原理进行说明如下：由线性传感器的工作特性可知，线性传感器的输出S_o1＝C·E_x·S_i。其中，C表示线性传感器102自身线性系数，E_x表示激励模块101输出到传感器102的激励(比如电压、电流等)。Si表示待测物理量(比如温度、重量等)。传感器102的输出信息So1输出至调理模块105进行线性调理，经调理模块105调理后的输出信息S_o2＝K·S_o1＝K·C·E_x·S_i。其中，K表示调理模块的线性调理系数。调理模块的输出信息So2输出至除法器103进行处理，经除法器103处理后的输出信息为经除法器103处理后的输出信息So3输出至处理模块104进行相应处理。由前述处理过程可知，经过除法器的除法处理之后，消除了传感器激励对传感器测量精度的影响。

现通过举例对本实施方式传感器测量系统的效果进行说明。具体而言，传感器选用称重传感器，称重传感器的型号优选为：H9X3-G5-3.0t-7T-00S-A。激励模块的激励电压范围优选为：直流5伏特～12伏特，称重传感器的灵敏度为：1.0000毫伏/伏特，称重传感器的额定量程为3吨。在本实施例中，假设激励模块的电压的波动范围在直流9.5伏特～10.5伏特之间，波动频率为1Hz的正弦波动，来模拟传感器激励电压的波动(实际波动为随机，且波动速率远小于1Hz)。在本实施例中，为便于比较，假设待测物体的重量w为3吨。

如图3所示，为本实施例中调理模块的电路原理图。调理模块用于对称重传感器的输出信息(重量信号S_i+、S_i-)进行线性调理。该调理模块使用ADI的AD8220仪表放大器芯片，其放大增益为根据称重传感器工作特性以及调理模块的增益，可得调理模块的输出。称重传感器的激励电压以及调理模块的输出随时间变化的曲线如图4所示。

本实施例中，对应不同的激励电压值，调理模块的输出V_o1变化如表1所示。

表1

从图4和表1可明显看出，调理模块的输出V_o1会明显随着传感器激励电压V_ex的波动而改变。如此，处理模块由V_o1得到的重量信息也会随之改变，且称重值会在理想值的±5％范围内波动，造成称重精度严重下降。

作为对比，根据本实施方式，在调理模块和处理模块之间增加一除法器。该除法器可由ADI的AD8661运算放大器和AD633模拟乘法器组成，如图5所示。除法器输出此时称重传感器的激励电压以及除法器的输出V_o2随时间变化的曲线如图6所示。同时，对应不同的激励电压值，除法器的输出V_o2变化如表2所示。

表2

从图6和表2可明显看出，除法器的输出V_o2受传感器激励电压V_ex波动的影响极小。如此，处理模块由V_o2得到的重量信息所受影响也极小，在精度允许前提下，可以认为称重精度几乎不受激励电压V_ex波动影响。

综上所述，通过对比可看出，基于本实施方式的传感器测量系统基本消除了激励电压波动对测量精度的影响。

本实施方式与现有技术相比，通过在传感器测量系统中加入除法器，并利用除法器根据激励模块的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理，从而消除传感器测量精度对激励精度的依赖性，降低对传感器激励的要求，扩大传感器适用场合。

本发明的第二实施方式涉及一种传感器测量系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，传感器测量系统中通过调理模块对传感器的输出信号进行调理后再输出至除法器。而在本发明第二实施方式的传感器测量系统中，传感器的输出信息直接输出至除法器进行除法处理，经除法处理后的输出信息再输出至调理模块进行调理。

如图7所示，该传感器测量系统10中，传感器102连接于除法器103，除法器103连接于调理模块105，调理模块105连接于处理模块104。传感器的输出信号输出至除法器，除法器根据激励模块101的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理，经除法器处理之后的传感器的输出信息输出至调理模块105，调理模块105用于对经除法器处理之后的传感器102的输出信息进行调理，并将调理之后的传感器102的输出信息输出至处理模块104。

本实施方式在传感器的输出信息的信号强度满足条件的情况下，直接将传感器的输出信息输出至除法器进行处理，丰富了本发明的实施方式。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种传感器测量系统，第三实施方式在第一或者第二实施方式的基础上做出改进，主要改进之处在于：在第三实施方式中，传感器测量系统还包括获取模块。获取模块能够在不对激励模块产生影响的前提下获取激励模块的输出信息并提供给除法器使用，从而消除激励模块(位于外部)和除法器(位于内部)的直接耦合关系，提高除法器可靠性。

如图8所示，本实施方式的传感器测量系统包括：激励模块101、传感器102、除法器103、处理模块104、调理模块105和获取模块106。

激励模块101分别连接于传感器102和获取模块106，获取模块106连接于除法器103。调理模块105用于对传感器102的输出信息进行调理并输出至除法器103。除法器103用于对经调理模块105调理后的传感器102的输出信息进行除法处理，并输出至处理模块104。本实施方式中，获取模块106用于在不对激励模块101产生影响的前提下获取激励模块101的输出信息，并将获取到的激励模块101的输出信息提供给除法器103。除法器103用于根据获取模块106提供的激励模块101的输出信息对传感器102的输出信息进行除法处理。本实施方式增加的获取模块可以消除激励模块和除法器的直接耦合关系，提高除法器可靠性。

一般而言，激励模块为电压型时，如果获取模块在获取激励信息时，消耗过多激励电流会对激励模块产生影响，所以获取模块的输入阻抗要足够大。如图9所示，为本实施方式获取模块以及除法器的一种电路结构示意图。结合图9所示，对本实施方式传感器测量系统的工作原理进行说明如下：由线性传感器的工作特性可知，线性传感器的输出S_o1＝C·E_x·S_i。其中，C表示线性传感器102自身线性系数，E_x表示激励模块101输出到传感器102的激励(比如电压、电流等)。Si表示待测物理量(比如温度、重量等)。传感器102的输出信息So1输出至调理模块105进行线性调理，经调理模块105调理后的输出信息S_o2＝K·S_o1＝K·C·E_x·S_i。其中，K表示调理模块的线性调理系数。调理模块的输出信息So2输出至除法器103进行处理，经除法器103处理后的输出信息为获取模块106获取激励模块的输入E_x，并将获取到的激励E_x输出E_x1至除法器103，其中，获取模块106的输出信息E_x1＝E_x。经除法器103处理后的输出信息So3输出至处理模块104进行相应处理。由前述处理过程可知，经过除法器的除法处理之后，消除了传感器激励对传感器测量精度的影响。其中，采用AD8661运算放大器作为获取模块。由于运算放大器的输入阻抗非常高，所以不会在获取激励模块的输出信息时，对激励模块产生影响。

如图10所示为获取模块的另一种电路结构示意图，图9中，电阻R6、R7以及R8的阻值只要设置得足够大，就可以实现本实施方式获取模块的功能。本领域技术人员亦知晓获取模块的其他实现形式，此处不再赘述。

本发明第四实施方式涉及一种传感器测量信号的处理方法，如图11所示，包括如下步骤：

步骤110：采集传感器的激励的输出信息。

步骤112：采集传感器的输出信息。

步骤114：根据激励的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理。

步骤116：根据除法处理之后的传感器的输出信息计算传感器的测量值。

步骤110、112中，传感器的输出信息是对应于该传感器的激励的输出信息的。步骤114中，在对传感器的输出信息进行除法处理之前，还可以先对传感器的输出信息进行线性调理，即对传感器的输出信息进行线性放大，并输出至除法器，以满足除法器对于信号强度的要求。当然，在传感器的输出信息的信号强度满足要求的情况下，传感器的输出信息也可以直接输出至除法器进行除法处理。

本发明实施方式，通过根据激励的输出信息对传感器的输出信息进行除法处理，消除了传感器激励和传感器输出信息之间的耦合关系，使得传感器的测量精度不再受传感器激励波动的影响，有利于扩大传感器的适用场合。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种传感器测量系统，其特征在于，包括：激励模块、传感器、处理模块和除法器；

所述激励模块分别连接于所述传感器和所述除法器；

所述除法器用于根据所述激励模块的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理，并输出至所述处理模块。

2.根据权利要求1所述的传感器测量系统，其特征在于，所述传感器测量系统还包括：调理模块；

所述调理模块用于对所述传感器的输出信息进行调理并输出至所述除法器；

所述除法器用于对经所述调理模块调理后的所述传感器的输出信息进行除法处理，并输出至所述处理模块。

3.根据权利要求2所述的传感器测量系统，其特征在于，所述调理模块用于对所述传感器的输出信息进行放大，并将放大后的所述传感器的输出信息输出至所述除法器。

4.根据权利要求1所述的传感器测量系统，其特征在于，所述传感器测量系统还包括：调理模块；

所述调理模块用于对经所述除法器处理之后的所述传感器的输出信息进行调理，并将调理之后的所述传感器的输出信息输出至所述处理模块。

5.根据权利要求1所述的传感器测量系统，其特征在于，所述除法器包括运算放大单元和模拟乘法单元；

所述传感器的输出信息输出至所述运算放大单元；所述运算放大单元用于对所述接收到的所述传感器的输出信息放大后输出至所述模拟乘法单元；

所述激励模块的输出信息输出至所述模拟乘法单元；

所述模拟乘法单元用于根据所述激励模块的输出信息对经所述运算放大单元放大的所述传感器的输出信息进行除法处理。

6.根据权利要求5所述的传感器测量系统，其特征在于，所述运算放大单元为AD8661放大器。

7.根据权利要求5所述的传感器测量系统，其特征在于，所述模拟乘法单元为AD633模拟乘法器。

8.根据权利要求1所述的传感器测量系统，其特征在于，所述传感器为线性传感器。

9.根据权利要求1所述的传感器测量系统，其特征在于，所述传感器测量系统还包括：获取模块；

所述获取模块用于在不对所述激励模块产生影响的前提下获取所述激励模块的输出信息，并将获取到的所述激励模块的输出信息提供给所述除法器；

所述除法器用于根据所述获取模块提供的所述激励模块的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理。

10.一种传感器测量信号的处理方法，其特征在于，包括：

采集传感器的激励的输出信息；

采集所述传感器的输出信息；

根据所述激励的输出信息对所述传感器的输出信息进行除法处理；

根据所述除法处理之后的传感器的输出信息计算所述传感器的测量值。