CN108574474B - 一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，包括：传感器、电阻R11～R19、电容C11～C13、运算放大器U11～U14、高频检波二极管D11、A/D转换单元以及单片机，其中，高频检波二极管D11的正极电连接至运算放大器U11的输出端，负极电连接至电阻R18的第一端，电阻R18的第二端接地；高频检波二极管D11的负极还电连接至运算放大器U14的输出端，运算放大器U14的输出端与运算放大器U14的反相输入端电连接，运算放大器U14的同相输入端电连接至电阻R19的第一端，电阻R19的第二端电连接至电阻R16的第一端；在本发明中，通过高频检波二极管D11、运算放大器U14等相关设置，去除了脉冲信号对原有电路检测的干扰，使得仪器仪表的数据检测不受脉冲信号的干扰。

Description

一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路

技术领域

本发明涉及仪器仪表检测领域，尤其涉及一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路。

背景技术

目前，在工业领域的各种电气设备运行过程中(尤其是开关电源、电机的运行所带来的噪声)，会产生一些脉冲干扰信号，这些脉冲干扰信号以正脉冲的形式出现，其波形如图1所示，这些脉冲信号不仅会辐射到空中，对各种传感器的检测产生干扰，还会通过电源对传感器的检测产生干扰。一般仪表检测时，采用滤波电路滤除了正弦波干扰信号，却无法通过滤除正弦波干扰信号的方法来滤除脉冲信号的干扰，因此，这些脉冲信号对仪表检测到的数据造成一定的影响，产生测量误差，使得仪表的稳定度、精确度降低。

市面上一般仪表检测信号时，对正弦波信号的干扰，只是采用简单的滤波电路滤除。如申请号为201510246448.6、发明名称为“一种基于传感器信号的滤波模块”的专利申请，其滤波电路原理图如图2(即该专利申请公开文本中的说明书附图图3)所示。对于脉冲信号的干扰，经过滤波电路滤除时，会产生一个直流分量，叠加在传感器检测的信号上，如图3所示，这样就导致传感器检测的信号产生误差。而脉冲干扰信号越强，滤波电路形成的直流分量就越大，经传感器检测信号的偏离程度就越大，测量误差就越大。因此，一般检测仪表无法通过滤除正弦干扰信号的方法来滤除脉冲信号的干扰。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所采用的技术方案是：一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，包括：传感器、电阻R11～R19、电容C11～C13、运算放大器U11～U14、高频检波二极管D11、A/D转换单元以及单片机，其中，

所述传感器的输出端电连接至电阻R11的第一端，所述电阻R11的第二端电连接至运算放大器U11的同相输入端，所述运算放大器U11的反相输入端电连接至所述运算放大器U11的输出端；所述运算放大器U11的输出端电连接至电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端电连接至运算放大器U12的同相输入端，所述运算放大器U12的反相输入端电连接至所述运算放大器U12的输出端；所述运算放大器U12的输出端电连接至电阻R13的第一端，所述电阻R13的第二端电连接至电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端电连接至电阻R15的第一端，所述电阻R15的第二端电连接至电阻R16的第一端；所述电阻R16的第二端电连接至运算放大器U13的同相输入端，所述运算放大器U13的反相输入端电连接至所述运算放大器U13的输出端；所述运算放大器U13的输出端电连接至所述A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端电连接至所述单片机的输入端；电阻R17的第一端电连接至所述电阻R16的第一端，所述电阻R17的第二端接地；电容C11、C12、C13的第一端分别电连接至所述电阻R14、R15、R16的第一端，所述电容C11、C12、C13的第二端都接地；

所述高频检波二极管D11的正极电连接至所述运算放大器U11的输出端，负极电连接至电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端接地；所述高频检波二极管D11的负极还电连接至运算放大器U14的输出端，所述运算放大器U14的输出端与所述运算放大器U14的反相输入端电连接，所述运算放大器U14的同相输入端电连接至电阻R19的第一端，所述电阻R19的第二端电连接至所述电阻R16的第一端。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，电阻R11、R12和R16皆为1kΩ，电阻R13、R14和R15皆为8.2Ω，电阻R17为100kΩ，电容C11、C12和C13皆为1μF。

优选地，电阻R18为100kΩ，电阻R19为1kΩ。

优选地，所述高频检波二极管D11的型号为SD41。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1、电路中B点(运算放大器U11的输出端)的电压信号经过U12所组成的电压跟随器后在经过多个积分电路，获得一个电位的平均值，再经过U14所组成的电压跟随器，传输到D点(高频检波二极管D11的负极)，B、D两点通过一个高频检波二极管相连，只要B点出现高于D点的脉冲，高频检波二极管就会导通，从而降低B点脉冲电位，多次循环，来消除脉冲干扰信号的影响；

2、由于修正电路(高频检波二极管D11、运算放大器U14、电阻R18所组成的电路)的存在，去除了脉冲信号对原有电路检测的干扰，使得仪器仪表的检测数据不受脉冲信号的干扰。

附图说明

图1为背景技术中脉冲干扰信号的波形图；

图2为一现有专利的滤波电路原理图；

图3为图2所示滤波电路产生直流分量叠加于传感器检测信号的波形图；

图4为本发明的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路的电路图；

图5为没有受到脉冲信号的干扰时A点的电压信号、即传感器所检测到的直流信号Vi的波形图；

图6为有干扰脉冲信号存在时A点的电压信号、即干扰脉冲信号和直流信号Vi叠加所形成的信号的波形图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1——传感器；2——A/D转换单元；3——单片机；

R11～R19——电阻；C11～C13——电容；

U11～U14——运算放大器；D11——高频检波二极管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图4所示，其为本发明的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路的电路图。所述修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路包括：传感器1、电阻R11～R19、电容C11～C13、运算放大器U11～U14、高频检波二极管D11、A/D转换单元2以及单片机3，其中，

所述传感器1的输出端电连接至电阻R11的第一端，所述电阻R11的第二端电连接至运算放大器U11的同相输入端，所述运算放大器U11的反相输入端电连接至所述运算放大器U11的输出端；所述运算放大器U11的输出端电连接至电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端电连接至运算放大器U12的同相输入端，所述运算放大器U12的反相输入端电连接至所述运算放大器U12的输出端；所述运算放大器U12的输出端电连接至电阻R13的第一端，所述电阻R13的第二端电连接至电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端电连接至电阻R15的第一端，所述电阻R15的第二端电连接至电阻R16的第一端；所述电阻R16的第二端电连接至运算放大器U13的同相输入端，所述运算放大器U13的反相输入端电连接至所述运算放大器U13的输出端；所述运算放大器U13的输出端电连接至所述A/D转换单元2的输入端，所述A/D转换单元2的输出端电连接至所述单片机3的输入端；此外，电阻R17的第一端电连接至所述电阻R16的第一端，所述电阻R17的第二端接地；电容C11、C12、C13的第一端分别电连接至所述电阻R14、R15、R16的第一端，所述电容C11、C12、C13的第二端都接地；优选地，电阻R11、R12和R16皆为1kΩ，电阻R13、R14和R15皆为8.2Ω，电阻R17为100kΩ，电容C11、C12和C13皆为1μF；

所述高频检波二极管D11的正极电连接至所述运算放大器U11的输出端，负极电连接至电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端接地；所述高频检波二极管D11的负极还电连接至运算放大器U14的输出端，所述运算放大器U14的输出端与所述运算放大器U14的反相输入端电连接，所述运算放大器U14的同相输入端电连接至电阻R19的第一端，所述电阻R19的第二端电连接至所述电阻R16的第一端；优选地，电阻R18为100kΩ，电阻R19为1kΩ；高频检波二极管D11的型号可选为SD41。

需要进行说明的是，以上关于电阻和电容的数值仅为示例，并非限定；在实际实施时，本领域技术人员可根据需要选择合适的电阻、电容进行应用。

下面，为了便于描述进行如下设定：

1)以所述传感器1的输出端为A点；

2)以所述运算放大器U11的输出端为B点；

3)以所述电阻R16的第一端为C点；

4)以所述高频检波二极管D11的负极为D点。

本发明的工作原理如下：

首先，所述传感器1将检测到的物理量转换成电压信号，该电压信号经过电阻R11和运算放大器U11所组成的电压跟随器到B点；再依次经过电阻R12和运算放大器U12所组成的电压跟随器，R13C11、R14C12、R15C13三个RC积分电路到C点；然后，一条支路经负载电阻R17接地，另一条经电阻R16和运算放大器U13所组成的电压跟随器，进入A/D转换单元2，最后被单片机3读取；

其次，C处电压信号先经电阻R19和运算放大器U14所组成的电压跟随器，然后，一条支路经R18负载电阻接地，另一条经高频检波二极管D11返回到B端；

接下来，请结合参照图4～6所示，图4为本发明的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路的电路图，图5为没有受到脉冲信号的干扰时A点的电压信号、即传感器所检测到的直流信号Vi的波形图，图6为有干扰脉冲信号存在时A点的电压信号、即干扰脉冲信号和直流信号Vi叠加所形成的信号的波形图；

有干扰脉冲信号存在时，A点的电压信号经过电阻R11和运算放大器U11所组成的电压跟随器到B点，此时B点的电压信号就等于A点的电压信号；再依次经过电阻R12和运算放大器U12所组成的电压跟随器，R13C11、R14C12、R15C13三个RC积分电路到C点；由于R17的阻值较大，R13、R14、R15的阻值较小，在R13、R14、R15上产生的压降是U12输出电位的万分之2，可忽略不计；在仪表技术中，对于恒定不变的数据偏离，在校准时被平衡掉，即在R13、R14、R5上产生的压降以及各电压跟随器输出的微小偏差会在校准时被平衡掉，所以此时C点的电压信号应为B点电压信号的平均值，该平均值大于Vi；如果干扰脉冲信号越强，C点所得到的电压信号的平均值与Vi相比偏离程度就越大，经后面A/D转换单元所得到数据就会产生很大的偏差，该偏差是随着脉冲干扰信号的增强或减弱而增大或减小，这对仪表的检测带来了一定的误差。

C点的另一支路对此可起到修正的作用：

有干扰脉冲信号存在时，C点检测到的大于Vi的电压信号经过电阻R19和运算放大器U14所组成的电压跟随器到达D点；由于正脉冲干扰信号的存在，此时D点的信号会高于B点的Vi信号，但在脉冲干扰信号的峰值会高于D点电位，即在脉冲干扰信号的峰值点，高频检波二极管D11导通，使得B点脉冲信号的峰值降低，也就是B点的脉冲信号将会被削弱；被高频检波二极管削弱的信号再经过R13C11、R14C12、R15C13三个RC积分电路，进行积分后的信号就会减小，即C点的电位降低，D点的电位就会随之降低；而在B点的脉冲信号的峰值点高频检波二极管D11会继续导通，使得脉冲信号再次减小，则到达C点的信号的电位将会再次降低，D点的电位也随之降低；如此循环，B点的信号将逐步接近D点信号，即B、D两点的电位差逐步减小，很快B、D两点的电位会相等，C点的电位信号将会逐步趋向于Vi的值。

当被传感器检测到的物理信号减小时，Vi减小，此时B点电位低于D点，高频检波二极管D11是不导通的，D点电位是不影响B点的；A点的信号减小，则B点的信号也随之减小，那么C点经积分后的信号也减小，C点信号减小，D点信号也随之减小，最终使得B、D两点的电位又逐步一致；

当被传感器检测到的物理信号增大时，Vi增大，A点的信号将增大，则B点的信号也随之增大，那么C点经积分后的信号也增大，C点信号增大，D点信号也随之增大，即D点的电位会跟随B点电位的变化而变化的。

综上所述，如果在工作中出现脉冲信号的干扰，即A点出现脉冲信号，B点就会出现脉冲信号，B点信号的电位在脉冲干扰信号的峰值点高于D点，高频检波二极管D11会导通，高频检波二极管导通后会削掉一部分脉冲干扰信号，使得C点积分后的电位降低，C点降低，D点就会随之降低，高频检波二极管D11就会再次削掉一部分脉冲。这样，经过很短暂的时间，就会将脉冲信号逐步削掉。只要有干扰脉冲信号的存在，B点脉冲电位的峰值就会大于D点，高频检波二极管就会导通。如果脉冲干扰信号的峰值很小，则导通电流变小，高频检波二极管D11的导通压降就会变小。如果脉冲信号的峰值很大，高频检波二极管D11的导通电流将变大，导通压降最大可达0.3V，因为由于高频检波二极管D11的存在，在B点干扰脉冲的峰值不会高于D点电位0.3V。因此，B、D两点的电位差取决于干扰脉冲信号的大小；如果没有脉冲信号的干扰，则B点、C点、D点的电位都相等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，其特征在于，包括：传感器、电阻R11～R19、电容C11～C13、运算放大器U11～U14、高频检波二极管D11、A/D转换单元以及单片机，其中，

所述传感器的输出端电连接至电阻R11的第一端，所述电阻R11的第二端电连接至运算放大器U11的同相输入端，所述运算放大器U11的反相输入端电连接至所述运算放大器U11的输出端；所述运算放大器U11的输出端电连接至电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端电连接至运算放大器U12的同相输入端，所述运算放大器U12的反相输入端电连接至所述运算放大器U12的输出端；所述运算放大器U12的输出端电连接至电阻R13的第一端，所述电阻R13的第二端电连接至电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端电连接至电阻R15的第一端，所述电阻R15的第二端电连接至电阻R16的第一端；所述电阻R16的第二端电连接至运算放大器U13的同相输入端，所述运算放大器U13的反相输入端电连接至所述运算放大器U13的输出端；所述运算放大器U13的输出端电连接至所述A/D转换单元的输入端，所述A/D转换单元的输出端电连接至所述单片机的输入端；电阻R17的第一端电连接至所述电阻R16的第一端，所述电阻R17的第二端接地；电容C11、C12、C13的第一端分别电连接至所述电阻R14、R15、R16的第一端，所述电容C11、C12、C13的第二端都接地；

所述高频检波二极管D11的正极电连接至所述运算放大器U11的输出端，负极电连接至电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端接地；所述高频检波二极管D11的负极还电连接至运算放大器U14的输出端，所述运算放大器U14的输出端与所述运算放大器U14的反相输入端电连接，所述运算放大器U14的同相输入端电连接至电阻R19的第一端，所述电阻R19的第二端电连接至所述电阻R16的第一端。

2.根据权利要求1所述的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，其特征在于，电阻R11、R12和R16皆为1kΩ，电阻R13、R14和R15皆为8.2Ω，电阻R17为100kΩ，电容C11、C12和C13皆为1μF。

3.根据权利要求1或2所述的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，其特征在于，电阻R18为100kΩ，电阻R19为1kΩ。

4.根据权利要求1或2所述的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，其特征在于，所述高频检波二极管D11的型号为SD41。

5.根据权利要求3所述的修正脉冲信号对仪器仪表检测影响的电路，其特征在于，所述高频检波二极管D11的型号为SD41。