CN112857406B - 一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法 - Google Patents

一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及仪器仪表检测技术领域，为一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，包括以下步骤：S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度；S2，当所述激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，停止对惠斯顿电桥电压供应，整体进入下降区间，ADC采样停止。通过对常规电桥的修改，引入脉冲测量方式后，可大幅提升惠斯顿电桥驱动电压，提升灵敏度，同时降低测量功耗，大幅降低长期直流供电带来的发热问题。

Description

一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法
技术领域
本发明涉及仪器仪表检测技术领域，具体涉及一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法。
背景技术
惠斯顿电桥是常见应力应变测量中很重要的一项关键技术，惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化。常用于各种称重，医疗设备等弱信号的采集。
由于惠斯顿电桥平衡电桥的原理。系统具有非常高的灵敏度，通过仪表放大器之后能够输出非常好的信号。但如果被测元件灵敏度不够高，即使经过仪表放大器之后的信号依然达不到理想的要求。最简单的办法就是提升电桥的电压。从而提高传感电阻的灵敏度。而直接提高电压会导致整个惠斯顿剑桥发热量增大。甚至带来温漂等因素的影响。功率过大则会烧毁桥臂电阻，如何在控制发热量的前提和功耗的前提下。有效的提高测量灵敏度成为关键的解决方法。
发明内容
本发明提供了一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，解决了以上所述的惠斯顿电桥测量灵敏度低的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，包括以下步骤：
S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度；
S2，当所述激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；
S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，停止对电桥电压供应，整体进入下降区间，ADC采样停止。
优选地，所述S1具体包括：若检测到被测量设备的当前信号灵敏度较低时，提高激励脉冲的激励幅度，使得桥压输出差值变大，达到提高测量灵敏度的目的；若检测到被测量设备的当信号灵敏度较高时，降低激励脉冲的激励电压以降低灵敏度。
优选地，所述S1具体包括：动态调整激励电压的幅度，当被测信号幅度较小时，施加一个较高的电压，提升灵敏度；当被测信号幅度较大时，施加一个较小的电压，避免ADC电压饱和。
优选地，所述激励脉冲的脉冲频率与所述ADC采样频率同步。
优选地，所述激励脉冲的激励电压为可控压摆率的上升波。
优选地，所述S1与S2之间还包括：动态调整激励电压的频率以匹配ADC的采样周期，在高密度采集时，提高所述激励脉冲的输出频率，在休眠或者低密度采集时，降低所述激励脉冲的输出频率，达到最高的效能比。
优选地，所述S2具体包括：在所述激励脉冲的上升沿及下降沿过程中，控制压摆率的变化幅度在预设范围内，避免正弦波激励带来的震荡问题。
有益效果：本发明提供了一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，包括以下步骤：S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度；S2，当所述激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，停止对惠斯顿电桥电压供应，整体进入下降区间，ADC采样停止。通过对常规电桥的修改，引入脉冲测量方式后，可大幅提升惠斯顿电桥驱动电压，提升灵敏度，同时降低测量功耗，大幅降低长期直流电功耗带来的发热问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明高压激励的惠斯顿电桥测量方法的流程示意图。
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。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，包括以下步骤：S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度；S2，当所述激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，以强制拉低惠斯顿电桥电压，整体进入下降区间，ADC采样停止。
测量开始时，对惠斯顿电桥的提供人工编程电压即激励脉冲，随着激励脉冲的上升沿的道理，电压上升直到电压平稳期，此时开始ADC采样，当激励脉冲进入到下降沿时，停止ADC采样，关断测量。
具体实现方式为：
1、改变惠斯顿电桥的桥臂电压固定电压变为人工编程方式，取消固定电压供给；
2、设定电压为V1，上升时间为S1，单位时间电压上升速度为V1/S1；
3、在进入保持时间S2之后触发ADC进行采样；
4、当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥电压，也就是梯形波的S3部分，强制拉低惠斯顿电桥电压，整体进入下降区间。
其中，ADC的采集数据SPS(即采样频率单位SPS，每秒采样获得的比特数，例：对a(t)采样，一秒获得了三个点a(1)，a(2)，a(3)，每个点以12位二进制量化，采样率为3*12＝36SPS，此时波特率为36bps)跟随激励脉冲的触发频率同步变化，当提高采样率时，主动改变驱动脉冲频率，实质与ADC采样率同步，具体方法为，在触发ADC采样时，提升施加同步信号到激励脉冲，当达到稳定时间后，进行采集。通过调解触发频率与ADC采样频率同步，使得采样周期与激励脉冲的激励电压之间的关系严格匹配。
优选的方案，所述S1具体包括：若检测到被测量设备的当前信号灵敏度较低时，提高激励脉冲的激励幅度，使得桥压输出差值变大，达到提高测量灵敏度的目的；若检测到被测量设备的当信号灵敏度较高时，降低激励脉冲的激励电压以降低灵敏度。ADC的采集过程跟随被测量设备灵敏度系数动态调节幅度，当前信号较弱的情况，提高激励脉冲激励幅度，使得桥压输出差值变大，当信号灵敏度较高时，可以主动降低驱动电压即激励脉冲的激励电压峰值，降低灵敏度，避免ADC采集部分饱和。
优选的方案，所述S1具体包括：动态调整激励电压的幅度，当被测信号幅度较小时，施加一个较高的脉冲电压，提升灵敏度；当被测信号幅度较大时，施加一个较小的脉冲电压，避免ADC电压饱和。动态调整激励电压V的幅度，对于被测信号幅度较小，施加一个较高的电压，提升灵敏度；对于被测信号幅度较大的情况，施加一个较小的电压，避免ADC电压饱和。
优选的方案，所述激励脉冲的脉冲频率与所述ADC采样频率同步。通过调解触发频率与ADC采样频率同步，使得采样周期与激励脉冲的激励电压之间的关系严格匹配。确保ADC采样的精确度，避免出现信号遗漏或者噪音的采入干扰。
优选的方案，所述激励脉冲的激励电压为可控压摆率的上升波。为避免方波驱动带来的谐波干扰问题，严格限制SLEW RATE，避免和干扰的发生，降低峰值脉冲震荡。
优选的方案，所述S1与S2之间还包括：动态调整激励电压的频率以匹配ADC的采样周期，在高密度采集时，提高所述激励脉冲的输出频率，在休眠或者低密度采集时，降低所述激励脉冲的输出频率，达到最高的效能比。动态调整激励电压的频率，严格匹配ADC的采样周期，在高密度采集时，提高输出频率，在休眠或者低密度采集时，降低脉冲输出频率，达到最高的效能比。
优选的方案，所述S2具体包括：在所述激励脉冲的上升沿及下降沿过程中，控制压摆率的变化幅度在预设范围内。上升以及下降过程控制压摆率的变化幅度，降低脉冲干扰。提高信号灵敏度和抗干扰能力。
有益效果：本发明提供了一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，包括以下步骤：S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度；S2，当所述激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，停止对惠斯顿电桥电压供应，整体进入下降区间，ADC采样停止。通过对常规电桥的修改，引入脉冲测量方式后，可大幅提升惠斯顿电桥驱动电压，提升灵敏度，同时降低测量功耗，大幅降低长期直流电功耗带来的发热问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高压激励的惠斯顿电桥测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将惠斯顿电桥的桥臂固定电压变换为梯形激励脉冲电压，取消固定电压供给，并跟随被测量设备灵敏度系数动态调节所述激励脉冲的激励电压的幅度，若检测到被测量设备的当前信号灵敏度较低或检测到被测信号幅度较小时，提高激励脉冲的激励幅度，使得桥压输出差值变大，达到提高测量灵敏度的目的，若检测到被测量设备的当前信号灵敏度较高或检测到被测信号幅度较大时，降低激励脉冲的激励电压以降低灵敏度，避免ADC电压饱和；
S2，当所述梯形激励脉冲电压进入平稳保持区间时，开启ADC采样；
S3，当数据采样完成，触发关断惠斯登电桥的激励脉冲电压，停止对惠斯顿电桥电压供应，整体进入下降区间，ADC采样停止。
2.根据权利要求1所述的高压激励的惠斯顿电桥测量方法，其特征在于，所述激励脉冲的脉冲频率与所述ADC采样频率同步。
3.根据权利要求1所述的高压激励的惠斯顿电桥测量方法，其特征在于，所述激励脉冲的激励电压为可控压摆率的上升波。
4.根据权利要求1所述的高压激励的惠斯顿电桥测量方法，其特征在于，所述S1与S2之间还包括：动态调整激励电压的频率以匹配ADC的采样周期，在高密度采集时，提高所述激励脉冲的输出频率，在休眠或者低密度采集时，降低所述激励脉冲的输出频率，达到最高的效能比。
5.根据权利要求1所述的高压激励的惠斯顿电桥测量方法，其特征在于，所述S2具体包括：在所述激励脉冲的上升沿及下降沿过程中，控制压摆率的变化幅度在预设范围内，避免正弦波激励带来的震荡问题。
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