CN111679118B - 一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，用于对信号传输系统的输出电流信号进行检测，该方法在所述信号传输系统的待检测信号中添加一标定信号，通过对标定信号的采样检测，实现采样电阻的在线标定，消除所述电阻阻值漂移的影响，获得准确的所述待检测信号。与现有技术相比，本发明使得检测电路可以进行信号对齐和信号标定，具有提高电路检测精度等优点。

Description

一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种信号传输系统的信号检测方法，尤其是涉及一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法。

背景技术

模拟电信号传输有两种方式：电压传输信号和电流传输信号。实际中最广泛采用的是用电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰，稳定性好，并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度。当采用电流传输模拟信号时，需要在接收端增加采样电阻来进行信号检测，如专利CN203588070U公开的一种电流型模拟信号发生采样放大电路。通常是串联采样电阻，然后通过并联方式采样电压，从而获得传输的模拟量。为了能够真实反映出电流或者电压波动情况，要求采样电阻精度要高，最好不能受温度/时间影响，即采样电阻的温漂和时漂要小。

如果电路中通过的电流范围比较大，则不可避免的电阻温度范围比较大，从而导致电阻阻值漂移明显，对采样精度造成影响。采样精度要求越高，对电阻的精度和漂移要求就越高，导致成本高昂，甚至有时现实中没有电阻可以同时满足精度和阻值漂移的要求，导致电路无法实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效提高信号传输系统检测精度的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，用于对信号传输系统的输出电流信号进行检测，该方法在所述信号传输系统的待检测信号中添加一标定信号，通过对标定信号的采样检测，实现采样电阻的在线标定，消除所述电阻阻值漂移的影响，获得准确的所述待检测信号。

进一步地，所述标定信号的幅值范围与待检测信号的幅值范围相同。

进一步地，所述标定信号的频率的上限为所述信号传输系统的采样频率，下限为f_min，f_min的计算公式为：

Δt满足ΔT×c＜Δr，ΔT为Δt时间间隔内温度的升高范围，c为采样电阻的温漂系数，Δr为满足精度要求的最大阻值漂移。

进一步地，根据采样电阻Rs的精度要求可以确定Rs允许的漂移范围，即最大阻值漂移Δr为：

Δr＜a-b

其中，a为系统的精度要求，b为Rs的精度。

进一步地，所述ΔT与Δt的关系基于最大电流下T_温度-t_时间曲线获得。

进一步地，所述满足精度要求的最大阻值漂移基于采样电阻精度获得。

进一步地，所述标定信号在某些采样时刻替换所述待检测信号中。

进一步地，所述标定信号在某些采样时刻与所述待检测信号叠加输出。

进一步地，所述标定信号的幅值为固定幅值。

进一步地，所述标定信号基于所述待检测信号的幅值通过四舍五入方式替换所述待检测信号。

进一步地，在某个采样时刻获得在线标定后的采样电阻值后，以该采样电阻值作为后续采样时刻的采样电阻值，直至获得新的在线标定后的采样电阻值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在一个信号传输系统中，对被检测的信号源信号进行编辑，在特定时刻输出特定频率特定幅值的信号，该信号通过采样电阻被后级电路检测，后级电路通过对这个特定信号的检测和判断，可以实时判断出当前电阻阻值的漂移，将这个漂移引入到计算中，使得检测电路可以进行信号对齐和信号标定，就可以精确地算出其他时刻的信号值，从而实现电路的高精度采样，有效提高信号传输系统检测精度。

附图说明

图1是本发明相关的待检测信号发生图；

图2是本发明相关的采样电路图；

图3是本发明相关的最大电流下T_温度-t_时间曲线；

图4是本发明相关的电流传输信号图；

图5是本发明相关的电流标定传输信号图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，用于对信号传输系统的输出电流信号进行检测，该方法在所述信号传输系统的待检测信号中添加一标定信号，通过对标定信号的采样检测，实现采样电阻的在线标定，消除所述电阻阻值漂移的影响，获得准确的所述待检测信号。

该方法通过在待检测电路中添加特殊信号，实现对信号的校准。标定信号的添加方式包括但不限于替换待测电路中的信号、在待测电路中叠加信号等等。添加标定信号的幅值结合根据输入信号、检测信号的特点进行设计，包括但不限于添加固定值、按照四舍五入添加等等。

该方法的具体在线检测过程包括以下步骤：

第一步，确定传输信号的频率和幅值范围。

传输信号的信号频率影响着后级采样电路的频率选择，同时该信号的频率范围，影响着采样电阻上的实际功耗，即影响采样电阻的温度变化的范围和速度，从而影响到阻值的选择以及漂移范围和速度。

传输信号的幅值范围影响着后级采样电路的范围选择，同时该信号的幅值范围，影响着采样电阻上的实际功耗，即影响采样电阻的温度变化范围，从而影响到阻值的选择以及漂移范围。

传输信号(即被检测信号)由图1所示电路生成。该电路主要功能是实现将输入的电压信号IN，转换为便于传输的电流信号OUT，其中U1A是一个信号跟随电路，可以起隔离的作用。U1B和Q1、Q2构成一个正反馈平衡式恒流源电流源，Q1和Q2分别在正负电流源中起放大电流的作用。

其中，

OUT信号为传输线路中的电流信号，也就是后级电路需要检测的信号。后级电路包括后级采样电阻的选择，均以OUT信号的频率和幅值为参考进行设计。

OUT信号的频率由输入决定，即由IN信号的频率决定。

OUT信号的幅值由电源决定，即由VCC和VEE来决定。

第二步，确定检测精度要求。

检测精度是为了保证系统可以正常工作，后级电路采集到的信号信息需要满足的要求。该精度要求直接决定了所采用的采样电阻的精度和漂移范围。检测精度是由系统性能要求来确定的。该精度由前级U-I变化电路、后级I-U变换电路、采样电阻精度以及后级AD精度共同决定的。因此该精度要求影响采样电路及采样电阻的设计和选型。

现实中，往往是该精度制约着采样电阻的选择，造成代价高昂甚至没有电阻可选。

第三步，确定采样电路。

根据检测信号和检测精度的要求，结合后级电路的实际情况，即可计算出采样电阻：

其中，u是后级电路的电压范围，i是被检测电流的电流范围。

根据后级电路的电压要求，选择合适的采样电路。通常是采用运放来进行采集。

本实施例的采样电路如图2所示，主要作用是把

输入的电流信号转化为差分模拟电压信号，送给后级电路。

其中，Rs为采样电阻，采集该电阻两端的电压信号，经过差分运放放大，使得输出的电压信号

在后级AD电路的允许范围内。

其中，

第四步，确定采样电阻精度及允许的漂移范围。

采样电阻是影响精度的重要环节，该电阻流经大电流，电阻温度升高明显，温度范围宽，阻值快速漂移。

经过计算，如果可以有合适的电阻，满足阻值、精度以及成本的要求，就可以直接选择使用，如果没有合适的电阻可以选择，就需要用到本发明的在线检测方法，该方法对电阻本身的精度和温漂没有要求。

如图2所示，Rs为采样电阻。

假设系统的精度要求为a，那么Rs的精度要求为：

b+c*h＜a

其中：b为电阻Rs的精度；

c为电阻Rs的温漂系数；

h为实际运行的温度范围。

根据Rs的精度要求可以确定Rs允许的漂移范围为：

Δr＜a-b

其中：Δr为电阻Rs允许的最大阻值漂移，即确定了允许的漂移范围。

第五步，确定标定信号频率和幅值范围。

标定信号的范围为待检测信号的幅值范围。标定信号的频率受到待检测信号的频率及采样频率以及实际电路工作时的阻值漂移速度的影响。

标定信号的频率要低于采样频率，这样才可以有效的采集到标定信号，即确定标定信号频率的上限。

假设标定的频率为f，那么如图3所示，Δt为标点的时间间隔，可知

(f是标定信号频率)

ΔT为Δt时间间隔内温度的升高范围。

假设Δr为满足精度要求的最大阻值漂移Δr，那么必须在整个“最大电流下T_温度-t_时间曲线”中满足

ΔT×c＜Δr

其中c为电阻Rs的温漂系数。

由此可以计算出Δt的值，从而计算出标定信号频率f的值，该值为标定信号频率的下限。

至此，可以确定了标定信号的频率和幅值范围。

第六步，实时在线检测。

实际检测中，后级采样电路会采集到两个信号，一个是实际待检测信号，一个是主动加入的特定频率和幅值的标定信号。

其中：i_t为待检测信号电流值；

u_t为采样待检测信号得到的电压值；

R_s为采样电阻的电阻值，该值存在漂移。

其中：i_c为标定信号电流值，该值为约定的确定的值；

u_c为标定信号得到的电压值；

R_s为采样电阻的电阻值，该值存在漂移。

R_s即为当前时刻采样电阻的实时阻值，该值包括电阻本身阻值和由于温度或时间等引起的漂移值。

将该阻值带入到前一个公式中，就可以计算出实际的i_t，从而完成信号采用的功能。

如图4所示为电流传输信号图，该信号为线路上传输的电流信号，也就是待检测的电流信号。其中S₁,S₂,S₃…S_n为后级电路的采样点，即在该时刻采样电流值。

如图5所示为电流标定传输信号图，该信号为在传输的电流信号上，添加特殊的标定信号，用标定信号替换原有的该时刻的传输信号。替换后的信号为C₁，C₄，C₇，C₁₀等等。

标定的信号可以按照各个标准信号来设定，比如0mA、±100mA、±200mA、±300mA等等。

具体的采用哪个标定信号值是由原本在该时刻应该传输的信号值推导出来，可以采用四舍五入的方法来靠近。标定信号的靠近示例如表1所示。

表1

原始传输信号(mA)	标定信号(mA)
		10	0
40	0
		50	100
70	100
		120	100
420	400
		470	500

当后级电路采集到标定信号时，因为间隔明显，电路可以很容易识别出此时的标定电流值。然后根据公式

其中，Rs为当前实时在线标定的电阻值；

Us为在标定电流信号时，检测到的电压值；

Ic为电路中标定时刻传输的标定电流值。

按照标定频率，依次对C₁，C₄，C₇，C₁₀，C₁₃。。。等标定点进行标定信号的添加和采样检测，依次可以计算各个标定点的采样电阻值R_C1，R_C4，R_C7，R_C10，R_C13。。。该标定后的电阻值，即作为后续采样时刻的采样电阻值。如表2所示。

表2

时刻	采样电阻(在线标定)
		C<sub>1</sub>	R<sub>C1</sub>
S<sub>2</sub>	R<sub>C1</sub>
		S<sub>3</sub>	R<sub>C1</sub>
C<sub>4</sub>	R<sub>C4</sub>
		S<sub>5</sub>	R<sub>C4</sub>
S<sub>6</sub>	R<sub>C4</sub>
		C<sub>7</sub>	R<sub>C7</sub>
S<sub>8</sub>	R<sub>C7</sub>
		S<sub>9</sub>	R<sub>C7</sub>
C<sub>10</sub>	R<sub>C10</sub>
		S<sub>11</sub>	R<sub>C10</sub>
。。。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，用于对信号传输系统的输出电流信号进行检测，其特征在于，该方法在所述信号传输系统的待检测信号中添加一标定信号，通过对标定信号的采样检测，实现采样电阻的在线标定，消除所述电阻阻值漂移的影响，获得准确的所述待检测信号；

所述标定信号的频率的上限为所述信号传输系统的采样频率，下限为

，

的计算公式为：

，

满足

，

为

时间间隔内温度的升高范围，

为采样电阻的温漂系数，

为满足精度要求的最大阻值漂移。

2.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述标定信号的幅值范围与待检测信号的幅值范围相同。

3.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述

与

的关系基于最大电流下T_温度-t_时间曲线获得。

4.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述满足精度要求的最大阻值漂移基于采样电阻精度获得。

5.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述标定信号在某些采样时刻替换所述待检测信号中的信号。

6.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述标定信号在某些采样时刻与所述待检测信号叠加输出。

7.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述标定信号的幅值为固定幅值。

8.根据权利要求5所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，所述标定信号基于所述待检测信号的幅值通过四舍五入方式替换所述待检测信号。

9.根据权利要求1所述的考虑电阻阻值漂移的电流信号实时在线检测方法，其特征在于，在某个采样时刻获得在线标定后的采样电阻值后，以该采样电阻值作为后续采样时刻的采样电阻值，直至获得新的在线标定后的采样电阻值。

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