CN113176006A - 高分辨率温度测量装置及多通道测温系统 - Google Patents

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种高分辨率温度测量装置及多通道测温系统，包括：测温电桥、信号放大电路、信号转换电路和信号处理单元：测温电桥的两个桥臂均为串联的至少两个测温电阻；测温电桥的激励信号为交流信号；测温电桥的信号输出端与信号放大电路的信号输入端相连接，信号放大电路的差分信号输出端与所述信号转换电路的差分信号输入端相连接；测温电桥输出的测温信号经信号转换电路进行放大处理，放大后的测温信号经信号转换电路转换为数字测温信号，信号处理单元根据数字测温信号和激励信号，处理得到温度值。本实施例提供的测温装置及系统，能够大幅提高温度测量分辨率。

Description

高分辨率温度测量装置及多通道测温系统

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及测量技术领域，尤其涉及一种高分辨率温度测量装置及多通道测温系统。

背景技术

现有的温度测量装置，一般基于热敏电阻、铂电阻等测温电阻实现，根据测温电阻的测量值获得温度值，电路实现简单，应用广泛，但是，受电路噪声及器件热噪声等因素的影响，这种温度测量装置的测量分辨率不高，一般为0.1℃，难以满足高精度测温的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种高分辨率温度测量装置及多通道测温系统，能够提高测量分辨率。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了高分辨率温度测量装置，包括：测温电桥、信号放大电路、信号转换电路和信号处理单元：

所述测温电桥的两个桥臂均为串联的至少两个测温电阻；测温电桥的激励信号为交流信号；

所述测温电桥的信号输出端与所述信号放大电路的信号输入端相连接，所述信号放大电路的差分信号输出端与所述信号转换电路的差分信号输入端相连接；

所述测温电桥输出的测温信号经信号转换电路进行放大处理，放大后的测温信号经所述信号转换电路转换为数字测温信号，所述信号处理单元根据数字测温信号和所述激励信号，处理得到温度值。

可选的，所述测温电桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂；其中，所述第一桥臂与第二桥臂均为串联的至少两个测温电阻，所述第三桥臂与第四桥臂均为参考电阻，所述第一桥臂的一端、所述第二桥臂的一端与激励源正极相连接，所述第一桥臂的另一端与所述第二桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端，所述第三桥臂的一端、所述第四桥臂的一端与激励源负极相连接，所述第三桥臂的另一端与所述第四桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端。

可选的，所述第一桥臂与第二桥臂为串联的五个铂电阻。

可选的，所述测温电桥的激励信号端与激励源正极端、激励源负极端相连接，所述激励源正极端与激励源负极端分别输出幅度相同、频率相同、相位相反的正弦波信号。

可选的，所述信号放大电路包括第一同相放大电路、第二同相放大电路和反相放大电路；

所述测温电桥的正向信号输出端与所述第一同相放大电路的信号输入端相连接，所述测温电桥的反向信号输出端与所述第二同相放大电路的信号输入端相连接，所述第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与所述信号转换电路的正向输入端相连接，所述第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与所述反相放大电路的输入端相连接，所述反相放大电路的输出端与所述信号转换电路的负向输入端相连接。

可选的，所述装置还包括工作点设置电路，所述工作点设置电路的输出端与所述测温电桥的信号输出端相连接，所述测温电桥输出的测温信号为测温电桥的实际测温信号与所述工作点设置电路输出的抵消信号相叠加后的信号。

可选的，所述工作点设置电路包括数模转换器和反相器，所述数模转换器的基准电源端与激励源负极端相连接，所述数模转换器的信号输出端与所述反相器相连接，所述反相器的输出信号为与所述激励源负极端的输出信号频率相同、相位相反、幅度可调节的抵消信号；所述激励源负极端与所述测温电桥的激励信号端相连接。

可选的，所述装置还包括模数转换器，

所述模数转换器，用于将所述激励信号转换为数字激励信号；

所述信号处理单元，用于基于频域测量方法，根据所述数字测温信号和所述数字激励信号，处理得到所述温度值。

可选的，所述信号处理单元根据所述数字测温信号和数字激励信号，处理得到所述温度值t的方法是：

式中，

其中，Amp为所述信号放大电路的放大倍数，V_DAC为所述工作点设置电路的幅度控制参数，Tc为测温电阻的温度系数，

根据测量的数字测温信号的复振幅和数字激励信号的复振幅确定。

本说明书实施例还提供一种多通道测温系统，包括至少两个温度测量装置。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的高分辨率温度测量装置及多通道测温系统，包括交流信号驱动的测温电桥、信号放大电路、信号转换电路及信号处理单元等；其中，相较于单个测温电阻，测温电桥能够提高测温分辨率，采用交流信号驱动测温电桥能够克服器件1/f噪声，信号处理单元基于频域测量方法对测温信号进行处理，能够大幅提高测温分辨率，本说明书的温度测量装置，能够大幅提高测温分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书一个或多个实施例的装置结构框图；

图2为本说明书一个或多个实施例的测温电桥的电路结构框图；

图3为本说明书一个或多个实施例的激励电路的电路原理示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例的信号放大电路的电路原理示意图；

图5为本说明书另一个实施例的装置结构框图；

图6为本说明书一个或多个实施例的工作点设置电路的电路原理示意图；

图7为本说明书一个或多个实施例的多通道测温系统的结构框图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，一般的温度测量装置，由铂电阻或热敏电阻与参考电阻串联构成测温传感器，在测温电阻和参考电阻两端施加一个直流电压，当测温电阻与参考电阻相同时，测温传感器输出为0，随着温度变化，测温电阻阻值变化，测温传感器输出也发生变化，通过测量输出即可获得温度。通常使用12位或16位模数转换器将测温传感器的输出信号转换为数字量的温度值，作为测温结果输出。由于测温传感器施加的激励源是直流电压信号，直流电压信号的噪声会叠加到测温输出上，测温输出在低频部分还会受到电路器件1/f噪声影响，因此，基于这种原理的温度测量装置的分辨率不高于0.1℃，且受器件限制难以进一步提高测量分辨率。

为提高测温分辨率，本说明书实施例提供一种高分辨率温度测量装置，包括交流信号驱动的测温电桥、信号放大电路、信号转换电路及信号处理单元等；其中，相较于单个测温电阻，测温电桥能够提高测温分辨率，采用交流信号驱动测温电桥能够克服器件1/f噪声，信号处理单元基于频域测量方法对测温信号进行处理，能够大幅提高测温分辨率，利用本说明书的温度测量装置，测温分辨率可达十万分之一摄氏度。

如图1所示，本说明书一个或多个实施例提供一种温度测量装置，包括测温电桥、信号放大电路、信号转换电路和信号处理单元：其中，测温电桥的两个桥臂均为串联的至少两个测温电阻，测温电桥的激励信号为交流信号；

测温电桥的信号输出端与信号放大电路的信号输入端相连接，信号放大电路的差分信号输出端与信号转换电路的差分信号输入端相连接；

测温电桥输出的测温信号经信号转换电路进行放大处理，放大后的测温信号经信号转换电路转换为数字测温信号，信号处理单元根据数字测温信号和激励信号，处理得到高分辨率的温度值。

本说明书提供的温度测量装置，包括由多个测温电阻构成的测温电桥，测温电桥输出的测温信号经信号放大电路进行放大处理后，由信号转换电路将放大后的测温信号转换为数字测温信号，信号处理单元根据数字测温信号和激励信号处理得到测量的温度值。

考虑到目前的测温传感器的测温分辨率受到测温电阻自身温度系数离散型及电阻自发热的影响，本实施例通过将多个测温电阻串联与参考电阻组成测温电桥，利用测温电桥进行温度检测，能够降低单个测温电阻的温度系数离散型的影响，提高测温准确度，同时，可以在保持测温电阻工作电流不变的前提下，提高驱动电压，增加信噪比，降低电阻热噪声对测量结果的影响，提高测量分辨率；同时，采用交流信号作为测温电桥的激励源，能够降低器件1/f噪声，提高测量分辨率；而且，由于测温信号以差分信号形式传输，能够提高信噪比，提高测量分辨率。

一些实施例中，测温电桥包括第一、第二、第三、第四共四个桥臂，其中，第一桥臂与第二桥臂均为串联的至少两个测温电阻，第三桥臂与第四桥臂均为参考电阻，第一桥臂的一端、第二桥臂的一端与激励源正极相连接，第一桥臂的另一端与第二桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端，第三桥臂的一端、第四桥臂的一端与激励源负极相连接，第三桥臂的另一端与第四桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端。当测温电桥平衡时，测温电桥输出电位为0，随着温度的变化，测温电阻的阻值发生变化，测温电桥不再平衡，测温电桥的输出信号随温度的变化而变化，根据测温电桥的输出信号，可确定出温度值。

如图2所示，一些实施方式中，第一桥臂由依次串联的五个铂电阻R7_1、R7_2、R7_3、R7_4、R7_5构成，第二桥臂由依次串联的五个铂电阻R8_1、R8_2、R8_3、R8_4、R8_5构成，铂电阻R7_1的一端、R8_1的一端与激励电路的激励源正极端V_OSCA+相连接，铂电阻R7_5的另一端为测温电桥的反向信号输出端TMPA-，铂电阻R8_5的另一端为测温电桥的正向信号输出端TMPA+。

第三桥臂为高精度的参考电阻R13，第四桥臂为高精度的参考电阻R14，参考电阻R13的一端、参考电阻R14的一端与激励电路的激励源负极端V_OSCA-相连接，参考电阻R13的另一端为测温电桥的反向信号输出端TMPA-，参考电阻R14的另一端为测温电桥的正向信号输出端TMPA+。本实施例中，在0.001Hz～1Hz的频率范围内，测温电桥的测温分辨率优于

测量分辨率可达到0.0001℃，大幅提升温度测量分辨率。

一些方式中，测温电桥中的铂电阻可选用阻值为1K欧姆的PT1000铂电阻，该铂电阻的温度系数为0.00385；高精度的参考电阻R13、R14可选用5K欧姆二分之一瓦的精密电阻，精度为万分之一，参考电阻的温度系数较低，例如温度系数为2ppm/℃。

一些实施例中，测温电桥的激励源为交流信号。测温电桥的激励信号端与激励电路的激励源正极端、激励源负极端相连接，激励电路的激励源正极端与激励源负极端输出幅度相同、频率相同、相位相反的正弦波信号。本实施例中，测温电桥的激励信号采用差分正弦波，能够有效降低器件1/f噪声(闪烁噪声)对测量结果的影响，提高长周期测量分辨率，而且采用差分正弦激励可以消除电路零漂对测量的影响。

一些实施方式中，用于产生差分正弦波的激励电路包括同相放大电路与负反馈放大电路，同相放大电路的输出端与负反馈放大电路的输入端相连接，正弦波信号经输入端输入同相放大电路，同相放大电路的输出端输出与正弦波信号同相的激励源正极信号，负反馈放大电路输出与正弦波信号反相的激励源负极信号。

如图3所示，同相放大电路包括运算放大器U6、反馈电阻R15；正弦波信号经输入端OSC_IN通过电阻R19与运算放大器U6的同相输入端相连接，电阻R19与运算放大器U6的同相输入端之间连接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，运算放大器U6的反相输入端与输出端之间连接反馈电阻R15，反馈电阻R15与电容C3并联；运算放大器U6的输出端作为激励电路的激励源正极端V_OSCA+，输出与输入的正弦波信号相位相同、频率相同、幅度相同的正弦波信号。

一些方式中，激励信号的幅度根据测温电阻的理想工作电流设置。比如，如果测温电阻的阻值为5K欧姆，参考电阻的阻值为5K欧姆，若使得测温电阻的平均工作电流为1mA，则激励信号的正弦波幅度有效值为5V。

负反馈放大电路包括电阻R18、反馈电阻R16及运算放大器U7，运算放大器U6的输出端经电阻R18与运算放大器U7的反相输入端相连接，运算放大器U7的同相输入端接地，运算放大器U7的反相输入端与输出端之间连接反馈电阻R16，反馈电阻R16与电容C4并联；运算放大器U7的输出端作为激励电路的激励源负极端V_OSCA-，输出与输入的正弦波信号相位相反、频率相同、幅度相同的正弦波信号。

一些方式中，运算放大器U6、U7采用ADA4523-1BRZ型运算放大器，电阻R19的阻值为1K欧姆，电阻R15、R18、R16的阻值均为6.81K欧姆，精度为0.01％，电容C5、C3、C4的电容量均为0.1微法。

一些方式中，可利用信号发生器产生正弦波信号，或者利用数模转换器输出预定频率、预定幅度的正弦波信号，所产生的正弦波信号经输入端OSC_IN输入激励电路，经激励电路处理，输出频率相同、幅度相同、相位相反的激励源正极信号和激励源负极信号。激励电路的激励源正极端V_OSCA+与激励源负极端V_OSCA-与测温电桥的激励源正极与激励源负极相连接，作为测温电桥的激励源。经输入端OSC_IN输入的正弦波信号的幅度可以根据测温电阻理想工作电流设置，如前述示例，测温电阻的阻值为5K欧姆，参考电阻的阻值为5K欧姆，如果使得工作在测温电阻的平均电流为1mA，则激励源正极端的正激励信号为峰峰值为14V的正弦波信号，激励源负极端的负激励信号为与正激励反相的峰峰值为14V的正弦波信号。

一些实施例中，信号放大电路包括第一同相放大电路、第二同相放大电路和反相放大电路。测温电桥的正向信号输出端与第一同相放大电路的信号输入端相连接，测温电桥的反向信号输出端与第二同相放大电路的信号输入端相连接，第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与信号转换电路的正向输入端相连接，第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与反相放大电路的输入端相连接，反相放大电路的输出端与信号转换电路的负向输入端相连接。

如图4所示，第一同相放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、R2，第一同相放大电路的放大倍数为R1/R2。测温电桥的正向信号输出端TMPA+与运算放大器U1的同相输入端相连接，运算放大器U1的反相输入端经电阻R2接地，运算放大器U1的反相输入端与输出端之间连接电阻R1，电阻R1与电容C1并联，运算放大器U1的输出端与匹配电阻R3的一端相连接。

第二同相放大电路包括运算放大器U2、电阻R6、R10，第二同相放大电路的放大倍数为R6/R10；测温电桥的反向信号输出端TMPA-与运算放大器U2的同相输入端相连接，运算放大器U2的反相输入端经电阻R10接地，运算放大器U2的反相输入端与输出端之间连接电阻R6，电阻R6与电容C2并联，运算放大器U2的输出端与匹配电阻R11的一端相连接。

匹配电阻R3的另一端与匹配电阻R11的另一端相连接，匹配电阻R3、R11的另一端与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端作为信号放大电路的正向信号输出端CHA+与信号转换电路的正向输入端相连接。测温电桥输出的测温信号经第一同相放大电路放大、第二同相放大电路放大后，经放大后的两路测温信号合并后经电阻R4输出。

反相放大电路包括运算放大器U3、电阻R5、R9，反相放大电路对输入的信号进行反相处理，输出与输入信号反相、幅度相同的信号。运算放大器U3的反相输入端经电阻R5与电阻R4的一端相连接，运算放大器U3的反相输入端经电阻R9与电阻R12的一端相连接，电阻R12的另一端作为信号放大电路的反向信号输出端CHA-与信号转换电路的反向输入端相连接。

一些实施方式中，第一同相放大器与第二同相放大器的放大倍数相同。电阻R2、R10的阻值相同，电阻R1、R6的阻值相同，匹配电阻R3、R11的阻值相同，电阻R5、R9的阻值相同，电阻R4、R12的阻值相同。

一些方式中，信号放大电路中的各电阻均选用低温漂精密电阻，所选电阻的阻值能够满足放大倍数要求即可，考虑到信号放大电路对其他电路的影响，所选的电阻的阻值不宜过大。

一些实施例中，信号转换电路包括前置放大电路和模数转换电路，信号放大电路的差分信号输出端与前置放大电路的差分信号输入端相连接，前置放大电路的信号输出端与模数转换电路的信号输入端相连接。测温电桥的测温信号经信号放大电路放大处理后，由信号转换电路转换为数字测温信号输出。一些方式中，前置放大电路采用双端输入放大电路，双端输入放大电路的差分输入端与信号放大电路的差分信号输出端相连接，模数转换电路采用24位模数转换器，双端输入放大电路输出的经放大后的测温信号经模数转换器转换为数字测温信号。

如图5所示，一些实施例中，温度测量装置还包括用于设置温度测量范围的工作点设置电路，工作点设置电路的输出端与测温电桥的信号输出端相连接，测温电桥输出的测温信号为测温电桥的实际测温信号与工作点设置电路输出的抵消信号相叠加后的信号。

本实施例中，通过工作点设置电路输出的抵消信号抵消掉测温电桥输出的大部分信号，可以使用具有较大放大倍数的信号放大电路，通过缩小温度测量范围提高测温电桥检测的分辨率。一些方式中，信号放大电路的放大倍数设置为260倍，能够有效分辨测温电桥输出的极小变化，提高测温分辨率。

另一方面，通过在测温电桥的信号输出端连接工作点设置电路，可利用工作点设置电路调整测温电桥的测温范围，通过调整测温电桥输出的测温信号的幅度，能够防止输出的信号幅度超出后级电路的处理范围。

如图6所示，工作点设置电路包括数模转换器和反相器，反相器包括运算放大器U5、电阻R20；数模转换器的基准电源端与激励电路的激励源负极端V_OSCA-相连接，数模转换器的输出端与运算放大器U5的反相输入端相连接，运算放大器U5的同相输入端接地，运算放大器U5的输出端经电阻R20与数模转换器的反馈信号输入端相连接，运算放大器U5的输出端为工作点设置电路的输出端VRDACA。数模转换器的输出以激励源负极端的输出信号为准，经反相器的反相处理，使得工作点设置电路的输出信号为与激励源负极端的输出信号频率相同、相位相反、幅度可调节的抵消信号。

如图5所示，可利用信号处理单元设置工作点设置电路输出的抵消信号的幅度。信号处理单元的控制信号端与工作点设置电路的控制信号输入端相连接，利用信号处理单元设置工作点设置电路输出的抵消信号的幅度。

结合图6所示，信号处理单元的控制信号端与数模转换器的控制信号输入端相连接，信号处理单元向数模转换器输入幅度控制参数V_DAC，工作点设置电路输出的抵消信号的幅度A为：

结合图2、6所示，工作点设置电路的输出端VRDACA经电阻RDAC1与测温电桥的反向信号输出端TMPA-相连接，工作点设置电路的输出端VRDACA经电阻RDAC2与测温电桥的正向信号输出端TMPA+相连接。通过设置数模转换器的幅度控制参数，使得工作点设置电路输出预定幅度的抵消信号，使得测温电桥输出的测温信号为测温电桥的实际测温信号与抵消信号相叠加之后的信号，可利用抵消信号降低测温电桥输出的测温信号的幅度，进而缩小测温范围，提高放大电路的放大倍数，实现测温分辨率的提高。

本实施例中，一方面，通过工作点设置电路可以设置测温电桥的测温范围，例如，通过设置工作点设置电路的抵消信号的幅度，可以使得测温电桥的测温范围在预定的测温范围(例如，5-15度、15-25度或者其他温度范围)，达到测温范围可调的目的，使得温度测量装置既能够保持高分辨率又能够适用于不同的温度测量范围。

另一方面，考虑到信号转换电路的输入信号范围有限，且信号放大电路对测温电桥的测温信号进行放大的倍数较大，当温度变化较大时，测温电桥输出的测温信号经信号放大电路处理后得到的信号有可能会超出信号转换电路的输入范围。这样情况下，利用工作点设置电路生成预定幅度的抵消信号，减小测温电桥输出的测温信号的幅度，避免经信号放大电路放大后的测温信号超出信号转换电路的输入范围；而且，通过减小测温电桥的测温信号的幅度，可减小信号放大电路的输出信号的幅度，降低热噪声对测量结果的影响，提高测温分辨率。

如图6所示，一些方式中，数模转换器采用16位数模转换器，可使用AD5543BRZ型数模转换器，运算放大器U5可使用ADA4084-1型运算放大器，电阻R20的阻值为200欧姆。

一些实施例中，温度测量装置还包括信号处理单元，信号转换电路的信号输出端与信号处理单元的信号输入端相连接，信号处理单元接收由信号转换电路转换后的数字测温信号，根据数字测温信号处理得到温度值。

其中，根据数字测温信号处理得到温度值的方法是，若信号放大电路的放大倍数为Amp，测温电阻的温度系数为Tc，温度值t为：

其中，

其中，V_o为信号放大电路的输出信号，具体为信号放大电路的正向信号输出端CHA+的输出信号与反向信号输出端CHA-的输出信号之和。V_r为激励电路的激励信号，具体为激励源正极端V_OSCA+输出的激励信号与激励源负极端V_OSCA-输出的激励信号之和。

根据公式(2)-(6)，在设定信号放大电路的放大倍数Amp及工作点设置电路的幅度控制参数V_DAC的情况下，温度测量装置测量的温度值与信号放大电路的输出信号与激励源的激励信号有关，即，与测温电桥的测温信号与激励源的激励信号有关。即，在放大倍数Amp及幅度控制参数V_DAC为已知的条件下，为求得温度值，需要确定比值V_P/V_r。

为确定信号放大电路输出的测温信号和激励电路的激励信号，可利用信号转换电路对信号放大电路的输出信号进行转换并输出数字测温信号，利用模数转换器对激励信号进行转换得到数字激励信号，在时域下直接测量数字测温信号和数字激励信号的幅度，并根据测量结果计算得到温度值；然而，在时域下测量得到的信号幅度，测量误差较大，对测温结果影响较大，因此，本实施例中，信号处理单元基于频域测量方法，根据数字测温信号和数字激励信号处理得到高分辨率的温度值。

对于信号放大电路输出的放大后的测温信号，经信号转换电路进行模数转换后输出数字测温信号，对数字测温信号进行离散傅里叶变换，根据离散傅里叶变换的结果，确定数字测温信号的振幅值V_o；同样的，对于激励信号，利用模数转换器对激励信号进行模数转换，得到离散的数字激励信号，对数字激励信号进行离散傅里叶变换，根据离散傅里叶变换的结果，确定数字激励信号的振幅值V_r；之后，根据确定出的数字测温信号的振幅值V_o和数字激励信号的振幅值V_r，按照公式(2)-(6)计算出测量的温度值。

一些方式中，若采样率为500sps，正弦波信号的频率为40Hz，则每个周期获得12.5个采样点，对于采样获得的离散激励信号，采样离散傅里叶变换(DFT)求出激励信号的振幅值：

其中，N为采样点数，x(n)为正弦波信号，

f为激励信号的频率，f_s为采样率。

按照0.2秒的时间间隔截取数据段，对截取的数据段进行离散傅里叶变换，截取数据段的时间窗为1秒，若采样率f_s＝500，1秒包含500个采样点，相邻截取时间窗重叠0.8秒。根据式(7)，N＝500，f＝40，

则对于频率为40Hz的正弦波信号，复振幅为：

按照上述方法对信号转换电路输出的数字测温信号进行离散傅里叶变换，求得数字测温信号的复振幅X_O(40)，然后，计算：

根据公式(9)，如果复振幅X_O(40)和复振幅X_R(40)的相角一致，则公式(9)中等式右侧取负；如果复振幅X_O(40)和复振幅X_R(40)的相角相差180度，则公式(9)中等式右侧取正，由此求得Vo/Vr，根据求得的Vo/Vr，按照公式(2)-(6)可求出温度值。本实施例的频域测量方法，能够准确测量交流信号幅度和测温信号幅度，大幅提升测温分辨率。

如图7所示，本说明书一个或多个实施例提供一种多通道测温系统，包括至少两个温度测量装置、信号处理单元，各温度测量装置可布设于不同测点，利用各温度测量装置测量不同测点的温度，信号处理单元接收各温度测量装置输出的测温信号，对各测温信号进行处理得到各测点的温度值，将各测点的温度值传输至上位机。本实施例的多通道测温系统，能够实现多个测点的温度测量，提高多测点的测温分辨率。

一些温控应用场景下，利用多通道测温系统实现被控区域的多个测点的高精度的温度测量，温控系统根据各测点的温度测量结果，对被控区域进行精确的温度控制，能够保证被控区域达到预定的温度。

一些方式中，多通道测温系统包括五个测温电桥，五个测温电桥经相应的五个信号放大电路进行放大处理、五个信号转换电路进行模数转换处理后，得到的五路数字测温信号传输至信号处理单元，信号处理单元接收五路数字测温信号，对五路数字信号分别添加对应的通道标识，然后将添加通道标识的五路数字测温信号转换为一路串行测温信号，之后，对一路串行测温信号添加时间标识，将添加时间标识的串行测温信号经网络传输至上位机，由上位机接收串行测温信号，对串行测温信号进行进一步处理，得到各通道分别对应的高分辨率的温度值，从而实现多通道的温度测量。

一些方式中，多通道系统还包括存储单元和显示单元，处理后得到的温度值可保存于存储单元，还可通过显示单元显示出来。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.高分辨率温度测量装置，其特征在于，包括：测温电桥、信号放大电路、信号转换电路和信号处理单元：

所述测温电桥的两个桥臂均为串联的至少两个测温电阻；测温电桥的激励信号为交流信号；

所述测温电桥的信号输出端与所述信号放大电路的信号输入端相连接，所述信号放大电路的差分信号输出端与所述信号转换电路的差分信号输入端相连接；

所述测温电桥输出的测温信号经信号转换电路进行放大处理，放大后的测温信号经所述信号转换电路转换为数字测温信号，所述信号处理单元根据数字测温信号和所述激励信号，处理得到温度值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测温电桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂；其中，所述第一桥臂与第二桥臂均为串联的至少两个测温电阻，所述第三桥臂与第四桥臂均为参考电阻，所述第一桥臂的一端、所述第二桥臂的一端与激励源正极相连接，所述第一桥臂的另一端与所述第二桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端，所述第三桥臂的一端、所述第四桥臂的一端与激励源负极相连接，所述第三桥臂的另一端与所述第四桥臂的另一端为测温电桥的信号输出端。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一桥臂与第二桥臂为串联的五个铂电阻。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测温电桥的激励信号端与激励源正极端、激励源负极端相连接，所述激励源正极端与激励源负极端分别输出幅度相同、频率相同、相位相反的正弦波信号。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述信号放大电路包括第一同相放大电路、第二同相放大电路和反相放大电路；

所述测温电桥的正向信号输出端与所述第一同相放大电路的信号输入端相连接，所述测温电桥的反向信号输出端与所述第二同相放大电路的信号输入端相连接，所述第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与所述信号转换电路的正向输入端相连接，所述第一同相放大电路、第二同相放大电路的输出端与所述反相放大电路的输入端相连接，所述反相放大电路的输出端与所述信号转换电路的负向输入端相连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括工作点设置电路，所述工作点设置电路的输出端与所述测温电桥的信号输出端相连接，所述测温电桥输出的测温信号为测温电桥的实际测温信号与所述工作点设置电路输出的抵消信号相叠加后的信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述工作点设置电路包括数模转换器和反相器，所述数模转换器的基准电源端与激励源负极端相连接，所述数模转换器的信号输出端与所述反相器相连接，所述反相器的输出信号为与所述激励源负极端的输出信号频率相同、相位相反、幅度可调节的抵消信号；所述激励源负极端与所述测温电桥的激励信号端相连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括模数转换器，

所述模数转换器，用于将所述激励信号转换为数字激励信号；

所述信号处理单元，用于基于频域测量方法，根据所述数字测温信号和所述数字激励信号，处理得到所述温度值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元根据所述数字测温信号和数字激励信号，处理得到所述温度值t的方法是：

式中，

其中，Amp为所述信号放大电路的放大倍数，V_DAC为所述工作点设置电路的幅度控制参数，Tc为测温电阻的温度系数，

根据测量的数字测温信号的复振幅和数字激励信号的复振幅确定。

10.多通道测温系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-9中任意一项所述的温度测量装置。

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