CN110987850A - 一种传感器小信号的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器小信号的测量方法，包括获取测量小信号，测量小信号经放大、峰值保持后进行调节分离，分离获得的参比信号和测量信号通过减法器将电路中相同噪声抵消，输出有效信号；其中，测量小信号包括测量信号和与测量信号同步的参比信号；还包括通过相位检测测量小信号获取的同步逻辑信号；测量小信号通过同步逻辑信号进行调节分离，获得参比信号和测量信号。本发明的有益效果是通过一个和被测信号同步的参考信号实现对微弱小信号的测量；抵消了测量、器件噪声的影响。
Description
技术领域
本发明属于小信号测量技术领域，尤其涉及一种传感器小信号的测量方法。
背景技术
电子系统中的噪声定义为电路中目的信号以外的所有不需要的干扰信号。噪声属于电路中的随机扰动，在模拟电路设计过程中，尤其是微弱信号采样电路中，如果电路设计处理的不好，有用的信号往往会被淹没在噪声基底之下。因此，对于微弱信号检测来说，如能有效克服噪声，就可以提高信号检测的灵敏度。
常见的信号测量方法包括小信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正等电路。而噪声主要来自于电路。以红外气体传感器为例，这些方法对信号较强的二氧化碳传感器适用，二氧化碳在空气中的含量为万分之三的量级。但不能满足一氧化碳传感器的测量，一氧化碳在空气中的含量为百万分之几的量级。一氧化碳传感器输出的小信号量级为微伏级信号；常规的信号测量方法无法满足一氧化碳传感器的测量精度的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种传感器小信号的测量方法，目的是通过一个和被测信号同步的参考信号实现对微弱小信号的测量；抵消了测量、器件噪声的影响。
本发明的技术方案为：
一种传感器小信号的测量方法，包括获取测量小信号，测量小信号经放大、峰值保持后进行调节分离，分离获得的参比信号和测量信号通过减法器将电路中相同噪声抵消，输出有效信号；其中，测量小信号包括测量信号和与测量信号同步的参比信号；还包括通过相位检测测量小信号获取的同步逻辑信号；测量小信号通过同步逻辑信号进行调节分离，获得参比信号和测量信号。
与现有技术相比，本发明通过一个和被测信号同步的参考信号实现小信号的测量；其中参考信号和测量信号来自于同一个源且共用同一个测量电路，依靠时序电路进行解调分离，最后通过减法器将电路中的相同噪声抵消，最终测量输出为有效信号。
基于上述方案，本发明还做出了如下改进：
进一步地，所述测量信号和参比信号分离后经采样保持电路将交流信号转换成直流信号，此时，参比信号分为两路，一路进行自动增益控制即反馈至信号放大部分，另一路与测量信号一同进入减法器。本技术改进中，参比信号通过自动增益控制和放大形成了整个系统的闭环反馈控制，通过稳定输入信号幅度，提高系统的稳定性和测试精度。
进一步地，还包括同步逻辑信号处理模块；所述同步逻辑信号经同步脉冲整形放大器、同步触发器、信号分离器、模拟开关处理后，协助测量小信号进行分离。
一种传感器小信号的调理电路，包括测量小信号处理电路和同步逻辑信号处理电路，所述测量小信号处理电路包括依次信号连接的主放大器、峰值保持电路、采样保持电路、减法器和自动增益控制电路；所述同步逻辑信号处理电路包括依次信号连接的同步脉冲整形放大器、同步触发器、信号分离器和模拟开关电路。
本发明还包括一种应用上述测量电路的一氧化碳传感器，包括电源变换电路、红外气体探测器、相位测量电路、信号调理电路；所述电源变换电路将输入的电源变换后给红外气体探测器和相位测量电路供电；所述红外气体探测器对待测环境进行检测获得测量小信号；所述相位测量电路检测外红气体探测器获取的测量小信号，输出同步逻辑信号；所述信号调理电路对测量小信号和同步逻辑信号进行调节输出有效信号。
本技术方案的有益效果是通过一个和被测信号同步的参考信号实现对微弱小信号的测量；抵消了测量、器件噪声的影响；用一氧化碳传感器进行了测试验证，传感器的性能如温度漂移、零点漂移、抗干扰能力和长期稳定性得到了进一步提高。
附图说明
图1为本发明测量小信号调理原理图；
图2为本发明测量信号的示例图；
图3为本发明一氧化碳传感器原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。
一种传感器小信号的测量方法，包括获取测量小信号，测量小信号经放大、峰值保持后进行调节分离，分离获得的参比信号和测量信号通过减法器将电路中相同噪声抵消，输出有效信号；其中，测量小信号包括测量信号和与测量信号同步的参比信号；还包括通过相位检测测量小信号获取的同步逻辑信号；测量小信号通过同步逻辑信号进行调节分离，获得参比信号和测量信号。
如图1所示，具体实现测量方法的信号调理电路包括测量小信号处理模块和同步逻辑信号处理模块；所述测量小信号处理模块包括主放大器、峰值保持电路、采样保持电路、减法器和自动增益控制电路，所述同步逻辑信号处理模块同步脉冲整形放大器、同步触发器、信号分离器、模拟开关等电路。如图2所示，测量小信号为高低起伏波形，其中幅度小的信号为参比信号，幅度高的信号为测量信号。测量小信号经放大、峰值保持电路后利用同步逻辑信号进行分离，进入采样保持电路，达到将交流信号转换成直流信号的目的；最后通过减法器将电路中的相同噪声抵消，最终测量输出为有效信号。同步逻辑信号为与测量小信号对应的脉冲信号，较宽脉冲代表测量信号，较窄脉冲代表参比信号(如图2所示)。当参比信号与测量信号转换成直流信号后，参比信号分成两路，一路进行自动增益控制，一路与测量信号一同进入减法器，其中参比信号通过自动增益控制系统和主放大器形成了整个系统的闭环反馈控制电路。
如图3所示，一种一氧化碳传感器，包括电源变换电路、红外气体探测器、相位测量电路、信号调理电路(信号调理电路的原理见图1)；所述电源变换电路将输入的电源变换后给红外气体探测器和相位测量电路供电；所述红外气体探测器对待测环境进行检测获得测量小信号；所述相位测量电路检测外红气体探测器获取的测量小信号，输出同步逻辑信号；所述信号调理电路对测量小信号和同步逻辑信号进行调节输出有效信号。其中，红外气体探测器的测量原理为采用非分散红外气体滤波相关法测量，当红外辐射通过测量气室，能量的吸收与测量气室中的待测气体含量直接相关，红外谱带的中心部分被待测气体部分吸收，形成两个光路的能量差的变化，形成高低起伏的波形的测量小信号。
Claims (5)
1.一种传感器小信号的测量方法，其特征在于：包括获取测量小信号，测量小信号经放大、峰值保持后进行调节分离，分离获得的参比信号和测量信号通过减法器将电路中相同噪声抵消，输出有效信号；
其中，测量小信号包括测量信号和与测量信号同步的参比信号；
还包括通过相位检测测量小信号获取的同步逻辑信号；测量小信号通过同步逻辑信号进行调节分离，获得参比信号和测量信号。
2.根据权利要求1所述的传感器小信号的测量方法，其特征在于：所述测量信号和参比信号分离后经采样保持电路将交流信号转换成直流信号，此时，参比信号分为两路，一路进行自动增益控制即反馈至信号放大部分，另一路与测量信号一同进入减法器。
3.根据权利要求1所述的传感器小信号的测量方法，其特征在于：还包括同步逻辑信号处理模块；所述同步逻辑信号经同步脉冲整形放大器、同步触发器、信号分离器、模拟开关处理后，协助测量小信号进行分离。
4.一种传感器小信号的调理电路，其特征在于：包括测量小信号处理电路和同步逻辑信号处理电路，所述测量小信号处理电路包括依次信号连接的主放大器、峰值保持电路、采样保持电路、减法器和自动增益控制电路；所述同步逻辑信号处理电路包括依次信号连接的同步脉冲整形放大器、同步触发器、信号分离器和模拟开关电路；所述模拟开关电路设置于峰值保持电路与采样保持电路之间。
5.一种应用权利要求4所述的调理电路的一氧化碳传感器，其特征在于：包括电源变换电路、红外气体探测器、相位测量电路、信号调理电路；
所述电源变换电路将输入的电源变换后给红外气体探测器和相位测量电路供电；
所述红外气体探测器对待测环境进行检测获得测量小信号；
所述相位测量电路检测外红气体探测器获取的测量小信号，输出同步逻辑信号；
所述信号调理电路对测量小信号和同步逻辑信号进行调节输出有效信号。
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