CN111313899A - 模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法。本发明所述测量装置及其测量方法可以提高峰值监测的响应速度，能够监测更高频率的模拟信号，采用高速高精度低噪声运算放大器，运算放大器增益带宽10MHz，应对各种模拟信号的检测任务，响应速度可达到us级别；扩大输入信号范围，做到大信号和小信号都可以进行处理，信号处理部分电路采用两级运算放大器处理，能够实现对信号幅值的调理功能，拓宽了测量的信号范围。

Description

模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于输出信号的量测技术领域，尤其涉及一种模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法。

背景技术

随着输出信号的量测技术的发展，模拟信号的监测向高速信号和小信号方向发展，由于小信号易受背景噪声、电路噪声、元器件噪声的影响，这就要增加传感器信号宽度以保证输出信号有高的信噪比，这时就需要用峰值监测测量方法，对高速微小信号进行保持输出，以便后续的模数转换器进行采集测量。现有测量方法由于电路繁杂、响应速度慢、测量精度差，很难满足当前越来越严苛的测量需求。

例如，中国专利申请号为CN201910334287.4的中国专利申请公开了一种高精度模拟信号采集处理电路，包括模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路，所述模拟信号输入电路的输入端连接待监测的模拟信号，所述模拟信号输入电路的输出端与通道选择控制电路的输入端连接，所述通道选择控制电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与模拟信号计算电路的输入端连接，所述模拟信号计算电路的输出端与主控制器连接。

上述现有技术即存在着如上的技术问题，基于现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种模拟信号峰值监测测量装置及其测量方法，所述监测装置及其测量方法能够提高峰值监测的响应速度，能够监测更高频率的模拟信号，采用高速高精度低噪声运算放大器，运算放大器增益带宽10MHz，应对各种模拟信号的检测任务，响应速度可达到us级别；扩大输入信号范围，做到大信号和小信号都能够进行处理，信号处理部分电路采用两级运算放大器处理，能够实现对信号幅值的调理功能，拓宽了测量的信号范围。

本发明的技术方案如下：

一种模拟信号峰值监测测量装置，包括：

信号处理电路，用于对输入的模拟信号进行处理；

信号保持电路，连接于所述信号处理电路，并能够进行对信号的保持；

信号测量电路，连接于所述信号保持电路，并对能够对信号进行测量。

进一步地，所述信号处理电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第七电阻与所述第八电阻串联在待测信号电路中，所述第一运算放大器的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第一电阻和所述第二电阻并整体并联于所述第七电阻和所述第八电阻，所述第二运算放大器的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第四电阻和所述第五电阻并整体并联于所述第八电阻，所述第一运算放大器设置所述第三电阻作为负反馈，所述第二运算放大器设置所述第六电阻作为负反馈。

进一步地，所述信号保持电路包括并联的采样保持器和比较器。

进一步地，所述信号测量电路为模数转换器。

进一步地，所述信号处理电路包括信号衰落电路和与所述信号衰落电路连接的信号放大电路，其中，所述信号衰落电路连接于模拟信号输入装置以接收模拟信号，所述信号放大电路连接于所述信号保持电路以发送经处理的模拟信号。

进一步地，所述采样保持器连接于峰值信号输出装置。

本发明还提供一种模拟信号峰值监测测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：模拟信号输入装置将模拟信号输入至信号处理电路中的信号衰落电路中，所述信号衰落电路对输入的模拟信号进行信号衰落处理；

步骤2：所述信号衰落电路将经过衰落处理的模拟信号发送至所述信号处理电路中的信号放大电路中，使响应频率大于10MHz，并提高响应时间；

步骤3：经过所述信号放大电路处理的模拟信号分别进入到比较器和采样保持器中，所述比较器通过比较输入的模拟信号来确定输入的模拟信号的峰值，所述采样保持器对输入的信号进行保持，当输入的模拟信号大于保持电压信号，所述比较器控制所述采样保持器采样输入的模拟信号作为新的幅值；

步骤4：峰值信号输出装置接收所述采样保持器采集的幅值进行输出。

进一步地，步骤3中，当输入的模拟信号和保持电压信号相等时，此时达到保持的平衡点。

进一步地，步骤3中，当输入模拟信号小于保持电压信号时，所述比较器则输出信号使所述采样保持器锁定当前保持的幅值。

本发明的有益效果是：

1.本发明所述的模拟信号峰值监测装置，采用多路同步信号调理电路，输入信号范围广，能够输入±10V的模拟信号。

2.本发明所述的模拟信号峰值监测装置，运算放大器增益带宽为10MHz，响应速度快，能够保持us级别的信号峰值。

3.本发明所述的模拟信号峰值监测装置的信号保持部分电路能够检测信号的极性并记录信号发生的次数，并能够高精度的测量信号峰值。

附图说明

图1为本发明实施例中所述信号处理电路的电路结构示意图；

图2为本发明实施例中所述信号保持电路的电路结构示意图。

图中，1-第一电阻、2-第二电阻、3-第三电阻、4-第四电阻、5-第五电阻、6-第六电阻、 7-第七电阻、8-第八电阻、9-第一运算放大器、10-第二运算放大器、11-采样保持器、12-比较器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征能够相互组合。

实施例

一种模拟信号峰值监测测量装置，包括：

信号处理电路，用于对输入的模拟信号进行处理；

信号保持电路，连接于所述信号处理电路，并能够进行对信号的保持；

信号测量电路，连接于所述信号保持电路，并对能够对信号进行测量。

在本实施例中，如图1所示，所述信号处理电路包括第一运算放大器9、第二运算放大器 10、第一电阻1、第二电阻2、第三电阻3、第四电阻4、第五电阻5、第六电阻6、第七电阻7和第八电阻8，所述第七电阻7与所述第八电阻8串联在待测信号电路中，所述第一运算放大器 9的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第一电阻1和所述第二电阻2并整体并联于所述第七电阻7和所述第八电阻8，所述第二运算放大器10的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第四电阻4和所述第五电阻5并整体并联于所述第八电阻8，所述第一运算放大器9设置所述第三电阻3作为负反馈，所述第二运算放大器10设置所述第六电阻6作为负反馈。

其中，所述第一电阻1与所述第四电阻4为平衡电阻，其作用是用来平衡运放输入端的失调电流，所述第二电阻2、所述第三电阻3、所述第五电阻5、所述第六电阻6作用是对输入到运放的信号进行放大处理，使小的电压信号也处于合理的监测范围；所述第七电阻7、所述第八电阻8作用是衰减输入信号，以适应后端运算放大器的输入范围，原输入信号和衰减10倍后信后同时输入后端运算放大器进行处理；第一运算放大器与所述第二运算放大器的增益带宽为10MHz，适用于处理us级信号，各通道都设有保护单元，以免被大信号损坏。

在本实施例中，如图2所示，所述信号保持电路包括并联的采样保持器11和比较器12，采样保持器11的型号为LF298，响应速度小于10us；比较器12的型号为LM339，响应速度为200ns，适用于us级信号。

在本实施例中，所述信号测量电路为模数转换器，所述能够模数转换器同时测量多个保持器输出信号，转换速率最高200kSPS。

在本实施例中，所述信号处理电路包括由所述第七电阻7和所述第八电阻8构成的信号衰落电路和与所述信号衰落电路连接的信号放大电路，所述第二电阻2、所述第三电阻3、所述第五电阻5和所述第六电阻6构成所述信号放大电路，其中，所述信号衰落电路连接于模拟信号输入装置以接收模拟信号，所述信号放大电路连接于所述信号保持电路以发送经处理的模拟信号。

在本实施例中，所述第七电阻7的电阻值是所述第八电阻8的阻值的9倍。

在本实施例中，所述第三电阻3是所述第二电阻2的阻值的2～3倍，目的是对信号进行合理的放大，作为本实施例的一种改进，电阻值得倍数关系能够根据测量要求进行更改，以满足测量需求。

同样的，所述第六电阻6是所述第五电阻5的阻值的2～3倍，目的是对信号进行合理的放大。

在本实施例中，模数转换器采用12位精度，设置有8个输入通道。

在本实施例中，所述采样保持器11连接于峰值信号输出装置以获得信号峰值。

本实施例中所述模拟信号峰值监测测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：模拟信号输入装置将模拟信号输入至信号处理电路中的信号衰落电路中，所述信号衰落电路对输入的模拟信号进行信号衰落处理；

步骤2：所述信号衰落电路将经过衰落处理的模拟信号发送至所述信号处理电路中的信号放大电路中，使响应频率大于10MHz，并提高响应时间；

步骤3：经过所述信号放大电路处理的模拟信号分别进入到比较器12和采样保持器11中，所述比较器12通过比较输入的模拟信号来确定输入的模拟信号的峰值，所述采样保持器11对输入的信号进行保持直到测量完毕，当输入的模拟信号大于保持电压信号，所述比较器12控制所述采样保持器11采样输入的模拟信号作为新的幅值；

步骤4：峰值信号输出装置接收所述采样保持器11采集的幅值进行输出。

在本实施例的步骤2中，为了增大输入信号的范围，本方法采用先衰减再放大的测量方法，采集过程中逐级处理信号的大小，最终寻找一条最优的信号处理路线。

在本实施例的步骤3中，当输入的模拟信号和保持电压信号相等时，此时达到保持的平衡点。

在本实施例的步骤3中，当输入模拟信号小于保持电压信号时，所述比较器12则输出信号使所述采样保持器11锁定当前保持的幅值。

在本实施例中，以对雷电智能检测为例进行描述：

雷电智能监测终端采用了本实施例的测量方法和测量装置，能够使雷电智能监测终端智能的判断雷击的次数，并记录雷击的大小，对地区雷击数据的监测起到了重要的作用，雷击信号属于一个快速的窄脉冲信号，经过传感器采集后进入到智能雷电监测终端的峰值测量单元，经信号测量电路处理后，得到雷击信号的峰值大小，从而得知雷击数据和次数。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (9)

1.一种模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，包括：

信号处理电路，用于对输入的模拟信号进行处理；

信号保持电路，连接于所述信号处理电路，并能够进行对信号的保持；

信号测量电路，连接于所述信号保持电路，并对能够对信号进行测量。

2.根据权利要求1所述的模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，所述信号处理电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第七电阻与所述第八电阻串联在待测信号电路中，所述第一运算放大器的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第一电阻和所述第二电阻并整体并联于所述第七电阻和所述第八电阻，所述第二运算放大器的同相输入端和反向输入端分别串联于所述第四电阻和所述第五电阻并整体并联于所述第八电阻，所述第一运算放大器设置所述第三电阻作为负反馈，所述第二运算放大器设置所述第六电阻作为负反馈。

3.根据权利要求1所述的模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，所述信号保持电路包括并联的采样保持器和比较器。

4.根据权利要求1所述的模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，所述信号测量电路为模数转换器。

5.根据权利要求1所述的模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，所述信号处理电路包括信号衰落电路和与所述信号衰落电路连接的信号放大电路，其中，所述信号衰落电路连接于模拟信号输入装置以接收模拟信号，所述信号放大电路连接于所述信号保持电路以发送经处理的模拟信号。

6.根据权利要求3所述的模拟信号峰值监测测量装置，其特征在于，所述采样保持器连接于峰值信号输出装置。

7.一种模拟信号峰值监测测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：模拟信号输入装置将模拟信号输入至信号处理电路中的信号衰落电路中，所述信号衰落电路对输入的模拟信号进行信号衰落处理；

步骤2：所述信号衰落电路将经过衰落处理的模拟信号发送至所述信号处理电路中的信号放大电路中，使响应频率大于10MHz，并提高响应时间；

步骤3：经过所述信号放大电路处理的模拟信号分别进入到比较器和采样保持器中，所述比较器通过比较输入的模拟信号来确定输入的模拟信号的峰值，所述采样保持器对输入的信号进行保持，当输入的模拟信号大于保持电压信号，所述比较器控制所述采样保持器采样输入的模拟信号作为新的幅值；

步骤4：峰值信号输出装置接收所述采样保持器采集的幅值进行输出。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，步骤3中，当输入的模拟信号和保持电压信号相等时，此时达到保持的平衡点。

9.根据权利要求7或8所述的测量方法，其特征在于，步骤3中，当输入模拟信号小于保持电压信号时，所述比较器则输出信号使所述采样保持器锁定当前保持的幅值。

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