CN113589046A - 一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路，属于航空机电系统技术领域。针对传统惠斯通电桥电路采集电阻信号精度低的缺点，本发明提供一种高精度、调试简单、运行可靠的应用于航空机电系统的高精度电阻信号采集电路，消除了电阻引线对测量结果带来的影响，相比以往其他电阻采集电路，本发明采集精度高，调试简单，工作稳定，可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于航空机电系统技术领域，具体涉及一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路。
背景技术
传统飞机上采用惠斯通电桥电路采集电阻信号，不能消除电阻引线对测量结果带来的影响，同时需要通过对调节电阻的适配来匹配不同电路参数的差异，产品调试过程繁琐，且在高低温下由于电路参数的漂移，电阻采集精度降低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何针对传统惠斯通电桥电路采集电阻信号精度低的缺点，提供一种高精度、调试简单、运行可靠的应用于航空机电系统的高精度电阻信号采集电路。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路，包括恒流源电路、模拟开关切换电路、信号放大电路，参考电阻和待测电阻，所述恒流源电路中通过电压基准芯片和电阻产生恒流源，恒流源产生的恒定电流流过参考电阻和待测电阻，参考电阻和待测电阻两端的电压经模拟开关切换电路切换后，由信号放大电路放大供后端采集。
优选地，所述恒流源电路包括电压基准芯片N1、电阻R1和运算放大器N2，电压基准芯片N1采用基准电压源FW780GF，其2脚接+5V，4脚接地，6脚接电阻R1一端，R1的另一端接运算放大器N2的反相输入端，运算放大器N2的同相输入端接地，运算放大器N2的反相输入端同时接参考电阻R2一端，参考电阻R2的另一端接待测电阻R一端，待测电阻R的另一端接参考电阻R4一端,参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4串联，参考电阻R4的另一端接运算放大器N2的输出端。
优选地，所述模拟开关切换电路为模拟开关N3，是双路四通道切换电路，第一通道和第三通道输入的是两个参考电阻两端的电压，第二通道输入的是待测电阻的电压，模拟开关切换电路根据控制命令和通道选择命令，分别将第一、第二、第三通道电压输出。
优选地，所述模拟开关N3为ADG509AKN，其供电正引脚14脚接+15V，模拟开关N3的供电负引脚3脚接-15V，模拟开关N3的15脚接地，模拟开关N3的1脚为工作使能管脚EN，接外部CPU的IO口GPIO1，模拟开关N3的16脚输出选通地址A0，接CPU的IO口GPIO2，模拟开关N3的2脚输出选通地址A1，接CPU的IO口GPIO3；当CPU的IO口GPIO1输出信号低时，模拟开关N3不工作，当CPU的IO口GPIO1输出信号高时，模拟开关N3工作，此时，模拟开关N3的8、9脚模拟信号输出端的输出电压取决于选通地址A1、A0的电平，通过CPU的IO口GPIO3、GPIO2的输出控制模拟开关N3的输出通道，模拟开关N3的输入端负极4脚接所述参考电阻R2另一端，模拟开关N3的13脚接所述参考电阻R2的一端，模拟开关N3的5脚接所述待测电阻R的另一端，模拟开关N3的12脚接所述待测电阻R的一端，模拟开关N3的6脚接所述参考电阻R4的另一端，模拟开关N3的11脚接参考电阻R4的一端。
优选地，所述模拟开关N3的4脚、13脚为所述第一通道，输入的是参考电阻R2两端的电压；模拟开关N3的5脚、12脚为所述第二通道，输入的是待测电阻R两端的电压；模拟开关N3的6脚、11脚为第三通道，输入的是参考电阻R4两端的电压；模拟开关N3的8脚为输出通道一端，模拟开关N3的9脚为输出通道另一端，模拟开关N3的8脚、9脚之间为输出通道电压。
优选地，所述模拟开关切换电路根据控制通道选择开关A0、A1和使能开关EN命令选择通道输出。
优选地，所述信号放大电路由仪用放大器N4和调节电阻组成，调节电阻串联在仪用放大器N4第1脚和第8脚之间，其中一个为固定电阻R5，另一个为可调电阻R6，信号放大倍数等于仪用放大器N4第1脚和第8脚之间电阻阻值，通过调节第1脚和第8脚之间电阻的阻值，可调节信号放大的倍数。
优选地，所述仪用放大器N4的7脚接+15V，仪用放大器N4的4脚接-15V，仪用放大器N4的5脚接地，仪用放大器N4的反相端2管脚接模拟开关N3的8脚，仪用放大器N4的3管脚接模拟开关N3的9脚，仪用放大器N4的2管脚、3管脚之间为模拟开关N3输出电压，仪用放大器N4的6管脚为电阻测量电压。
优选地，所述仪用放大器N4的1管脚接固定电阻R5一端,固定电阻R5另一端接可调电阻R6一端，可调电阻R6另一端接仪用放大器N4的8管脚。信号放大倍数等于1+49.4kΩ/1脚R5和8脚R6电阻阻值之和。
本发明还提供了一种所述电路的工作方法，所述恒流源电路中，电压基准芯片N1提供电压基准，输出的电压基准经电阻R1接运算放大器N2的反相端，运算放大器N2的同相端和反相端电压相同，所以流过电阻R1的电流是恒定的，流过参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4的电流是恒定的，等于电压基准除以电阻R1的阻值，恒定电流流过电阻R1后输入参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4，最后进入运算放大器N2的输出端，电压基准芯片N1与运算放大器N2之间为电阻R1，恒流源电路输出电流仅决定于电压基准芯片N1输出电压和电压基准芯片N1与运算放大器N2之间的电阻。
(三)有益效果
针对传统惠斯通电桥电路采集电阻信号精度低的缺点，本发明提供一种高精度、调试简单、运行可靠的应用于航空机电系统的高精度电阻信号采集电路，消除了电阻引线对测量结果带来的影响，相比以往其他电阻采集电路，本发明采集精度高，调试简单，工作稳定，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路，包括恒流源电路、模拟开关切换电路、信号放大电路，参考电阻和待测电阻，恒流源电路中通过电压基准芯片和高精度电阻产生恒流源，恒流源产生的恒定电流流过参考电阻和待测电阻，参考电阻和待测电阻两端的电压经模拟开关切换电路切换后，由信号放大电路放大供后端采集。两个参考电阻和待测电阻串联，流过相同恒定的电流，参考电阻采用高精度低温漂的精密电阻，参考电阻与待测电阻阻值比等于参考电阻与待测电阻两端电压比，可得到待测电阻的阻值，通过本发明的待测电阻计算方法，消除了电路系统误差。
参考图1，所述恒流源电路通过电压基准芯片N1、高精度电阻R1和运算放大器N2产生恒流源。电压基准芯片N1采用低误差，低温度漂移和低输出噪声的高精密基准电压源FW780GF，其2脚接+5V，4脚接地，6脚接低温漂、耐高温、高稳定的高精密电阻R1一端，R1的另一端接运算放大器N2的反相输入端，运算放大器N2的同相输入端接地，运算放大器N2的反相输入端同时接参考电阻R2一端，参考电阻R2的另一端接待测电阻R一端，待测电阻R的另一端接参考电阻R4一端,参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4串联，参考电阻R4的另一端接运算放大器N2的输出端。
恒流源电路的工作原理为：电压基准芯片N1用于提供稳定的电压基准，输出的电压基准经高精度电阻R1接运算放大器N2的反相端，运算放大器N2的同相端和反相端电压相同，所以流过高精度电阻R1的电流是恒定的，流过参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4的电流是恒定的，电流等于电压基准除以高精度电阻R1的阻值，恒定电流流过高精度电阻R1后输入参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4，最后进入运算放大器N2的输出端。电压基准芯片N1与运算放大器N2之间的电阻为低温漂、耐高温、高稳定的高精密电阻R1；由于恒流源电路输出电流仅决定于电压基准芯片N1输出电压和电压基准芯片N1与运算放大器N2之间的电阻，所以在不同温度，不同环境下，恒流源电路输出电流波动很小。
所述模拟开关切换电路为模拟开关N3，是双路四通道切换电路，第一通道和第三通道输入的是两个参考电阻两端的电压，第二通道输入的是待测电阻的电压，模拟开关切换电路根据控制命令和通道选择命令，分别将第一、第二、第三通道电压输出。
模拟开关N3为ADG509AKN，其供电正引脚14脚接+15V，模拟开关N3的供电负引脚3脚接-15V，模拟开关N3的15脚接地，模拟开关N3的1脚为工作使能管脚EN，接CPU的通用IO口GPIO1，模拟开关N3的16脚输出选通地址A0，接CPU的通用IO口GPIO2，模拟开关N3的2脚输出选通地址A1，接CPU的通用IO口GPIO3；当CPU的通用IO口GPIO1输出信号低时，模拟开关N3不工作，当CPU的通用IO口GPIO1输出信号高时，模拟开关N3工作，此时，模拟开关N3的8、9脚模拟信号输出端的输出电压取决于选通地址A1、A0的电平，通过CPU的通用IO口GPIO3、GPIO2的输出控制模拟开关N3的输出通道，模拟开关N3的输入端负极4脚接所述参考电阻R2另一端，模拟开关N3的13脚接所述参考电阻R2的一端，模拟开关N3的5脚接所述待测电阻R的另一端，模拟开关N3的12脚接所述待测电阻R的一端，模拟开关N3的6脚接所述参考电阻R4的另一端，模拟开关N3的11脚接参考电阻R4的一端。
模拟开关N3的4脚、13脚为所述第一通道，输入的是参考电阻R2两端的电压；模拟开关N3的5脚、12脚为所述第二通道，输入的是待测电阻R两端的电压；模拟开关N3的6脚、11脚为第三通道，输入的是参考电阻R4两端的电压；模拟开关N3的8脚为输出通道一端，模拟开关N3的9脚为输出通道另一端。模拟开关N3的8脚、9脚之间为输出通道电压。
模拟开关切换电路根据控制通道选择开关A0、A1和使能开关EN命令选择通道输出。
所述信号放大电路由仪用放大器N4和调节电阻组成，调节电阻串联在仪用放大器N4第1脚和第8脚之间，其中一个为固定电阻R5，另一个为可调电阻R6，信号放大倍数等于1+49.4/(第1脚和第8脚之间电阻阻值)。通过调节第1脚和第8脚之间电阻的阻值，可以调节信号放大的倍数。
仪用放大器N4的7脚接+15V，仪用放大器N4的4脚接-15V，仪用放大器N4的5脚接地，仪用放大器N4的反相端2管脚接模拟开关N3的8脚，仪用放大器N4的3管脚接模拟开关N3的9脚，仪用放大器N4的2管脚、3管脚之间为模拟开关N3输出电压，仪用放大器N4的6管脚为电阻测量电压。
仪用放大器N4的1管脚接固定电阻R5一端,固定电阻R5另一端接可调电阻R6一端，可调电阻R6另一端接仪用放大器N4的8管脚。信号放大倍数等于1+49.4kΩ/1脚R5和8脚R6电阻阻值之和。通过调节可调电阻的阻值，可以调节信号放大的倍数。
待测电阻计算方法：恒流源电路输出线路上两个参考电阻和待测电阻串联，流过相同恒定的电流，参考电阻R1两端电压的采样值＝比例系数*恒流源电流*R1电阻阻值+电路系统误差，参考电阻R2两端电压的采样值＝比例系数*恒流源电流*R2电阻阻值+电路系统误差，待测电阻R两端电压的采样值＝比例系数*恒流源电流*R电阻阻值+电路系统误差，通过以上关系可得：待测电阻R阻值＝(待测电阻R两端电压的采样值-参考电阻R1两端电压的采样值)(R2电阻阻值-R1电阻阻值)/(参考电阻R2两端电压的采样值-参考电阻R1两端电压的采样值)+R1电阻阻值，以上关系式消除了电路系统误差，提高路电阻信号测量精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种应用于航空机电产品的高精度电阻信号采集电路，其特征在于，包括恒流源电路、模拟开关切换电路、信号放大电路，参考电阻和待测电阻，所述恒流源电路中通过电压基准芯片和电阻产生恒流源，恒流源产生的恒定电流流过参考电阻和待测电阻，参考电阻和待测电阻两端的电压经模拟开关切换电路切换后，由信号放大电路放大供后端采集。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒流源电路包括电压基准芯片N1、电阻R1和运算放大器N2，电压基准芯片N1采用基准电压源FW780GF，其2脚接+5V，4脚接地，6脚接电阻R1一端，R1的另一端接运算放大器N2的反相输入端，运算放大器N2的同相输入端接地，运算放大器N2的反相输入端同时接参考电阻R2一端，参考电阻R2的另一端接待测电阻R一端，待测电阻R的另一端接参考电阻R4一端,参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4串联，参考电阻R4的另一端接运算放大器N2的输出端。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述模拟开关切换电路为模拟开关N3，是双路四通道切换电路，第一通道和第三通道输入的是两个参考电阻两端的电压，第二通道输入的是待测电阻的电压，模拟开关切换电路根据控制命令和通道选择命令，分别将第一、第二、第三通道电压输出。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述模拟开关N3为ADG509AKN，其供电正引脚14脚接+15V，模拟开关N3的供电负引脚3脚接-15V，模拟开关N3的15脚接地，模拟开关N3的1脚为工作使能管脚EN，接外部CPU的IO口GPIO1，模拟开关N3的16脚为输出选通地址A0，接CPU的IO口GPIO2，模拟开关N3的2脚为输出选通地址A1，接CPU的IO口GPIO3；当CPU的IO口GPIO1输出信号低时，模拟开关N3不工作，当CPU的IO口GPIO1输出信号高时，模拟开关N3工作，此时，模拟开关N3的8、9脚模拟信号输出端的输出电压取决于选通地址A1、A0的电平，通过CPU的IO口GPIO3、GPIO2的输出控制模拟开关N3的输出通道，模拟开关N3的输入端负极4脚接所述参考电阻R2另一端，模拟开关N3的13脚接所述参考电阻R2的一端，模拟开关N3的5脚接所述待测电阻R的另一端，模拟开关N3的12脚接所述待测电阻R的一端，模拟开关N3的6脚接所述参考电阻R4的另一端，模拟开关N3的11脚接参考电阻R4的一端。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述模拟开关N3的4脚、13脚为所述第一通道，输入的是参考电阻R2两端的电压；模拟开关N3的5脚、12脚为所述第二通道，输入的是待测电阻R两端的电压；模拟开关N3的6脚、11脚为第三通道，输入的是参考电阻R4两端的电压；模拟开关N3的8脚为输出通道一端，模拟开关N3的9脚为输出通道另一端，模拟开关N3的8脚、9脚之间为输出通道电压。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述模拟开关切换电路根据控制通道选择开关A0、A1和使能开关EN命令选择通道输出。
7.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述信号放大电路由仪用放大器N4和调节电阻组成，调节电阻串联在仪用放大器N4第1脚和第8脚之间，其中一个为固定电阻R5，另一个为可调电阻R6，信号放大倍数等于仪用放大器N4第1脚和第8脚之间电阻阻值，通过调节第1脚和第8脚之间电阻的阻值，可调节信号放大的倍数。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述仪用放大器N4的7脚接+15V，仪用放大器N4的4脚接-15V，仪用放大器N4的5脚接地，仪用放大器N4的反相端2管脚接模拟开关N3的8脚，仪用放大器N4的3管脚接模拟开关N3的9脚，仪用放大器N4的2管脚、3管脚之间为模拟开关N3输出电压，仪用放大器N4的6管脚为电阻测量电压。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述仪用放大器N4的1管脚接固定电阻R5一端,固定电阻R5另一端接可调电阻R6一端，可调电阻R6另一端接仪用放大器N4的8管脚。信号放大倍数等于1+49.4kΩ/1脚R5和8脚R6电阻阻值之和。
10.一种如权利要求2至8中任一项电路的工作方法，其特征在于，所述恒流源电路中，电压基准芯片N1提供电压基准，输出的电压基准经电阻R1接运算放大器N2的反相端，运算放大器N2的同相端和反相端电压相同，所以流过电阻R1的电流是恒定的，流过参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4的电流是恒定的，等于电压基准除以电阻R1的阻值，恒定电流流过电阻R1后输入参考电阻R2、待测电阻R、参考电阻R4，最后进入运算放大器N2的输出端，电压基准芯片N1与运算放大器N2之间为电阻R1，恒流源电路输出电流仅决定于电压基准芯片N1输出电压和电压基准芯片N1与运算放大器N2之间的电阻。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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