CN114755485A - 电压测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压测量装置和方法。所述装置包括：最大量程测量单元，包括固定增益放大器和第一模数转换器；固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量待测量信号得到第一电压值；可调量程测量单元，包括连接的可调增益放大器和第二模数转换器；可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量待测量信号得到第二电压值；处理器，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且目标量程为可调量程测量单元的一个测量量程时，控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标量程对应；当可调增益放大器在调整可调倍数时，输出第一电压值。通过该装置能够实现在切换测量量程的过程中，对电压进行持续的测量。

Description

电压测量装置和方法

本申请要求于2021年7月27日提交中国专利局、申请号为2021108530909发明名称为“电压测量装置和方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

本申请要求于2021年7月27日提交中国专利局、申请号为2021108517001发明名称为“电压测量装置和方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及电路测量技术领域，特别是涉及一种电压测量装置和方法。

背景技术

随着电子电路技术的发展，人们对于测量电压的连续性以及精确度的要求越来越高。对于不同的电压信号，需要使用不同的量程去测量，以提高测量的准确度。

传统技术中，通过控制选择开关动作来实现量程的切换。

然而，由于选择开关动作需要一定的时间，因此传统技术中的方案会导致电压的测量通道在选择开关动作的过程中出现断路，从而造成电压测量的中断和漏测，导致测量不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在切换量程的过程中或超过量程范围时依旧保持对电压进行准确测量的电压测量装置和方法。

一种电压测量装置，所述装置包括：最大量程测量单元，包括连接的固定增益放大器和第一模数转换器；所述固定增益放大器用于将待测量信号缩放固定倍数，所述第一模数转换器用于测量所述固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值；可调量程测量单元，包括连接的可调增益放大器和第二模数转换器；所述可调增益放大器用于将待测量信号缩放可调倍数，所述第二模数转换器用于测量所述可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值；所述可调倍数与所述可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，所述可调量程测量单元的每个测量量程真包含于所述最大量程测量单元的测量量程；处理器，分别与所述第一模数转换器、所述可调增益放大器和所述第二模数转换器连接，用于当所述可调增益放大器调整所述可调倍数时，输出所述第一电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，接收包含目标量程的量程选择指令，所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程；当所述目标量程不是所述最大量程测量单元的测量量程时，控制所述可调增益放大器(11)将所述可调倍数调整为与所述目标量程对应，并在接收到所述量程选择指令后的设定时长内，输出所述第一电压值。

在其中一个实施例中，所述设定时长大于所述可调增益放大器将所述可调倍数调整为与所述目标量程对应需要的最长时间。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程时，在接收到所述量程选择指令后的设定时长后，输出所述第二电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程时，在接收到所述量程选择指令后的设定时长后，确定所述可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在所述第二模数转换器的测量量程外；当确定所述可调增益放大器缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器的测量量程内时，输出所述第二电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于，当确定所述可调增益放大器缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器的测量量程外时，输出所述第一电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，确定所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例；当所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定所述可调增益放大器缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器的测量量程内；当所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例大于所述比例上限或者小于比例下限时，确定所述可调增益放大器缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器选择的测量量程外。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于，当所述第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为所述比例上限，第一比例下限作为所述比例下限；当所述第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为所述比例上限，第二比例下限作为所述比例下限，所述第二比例上限小于所述第一比例上限，所述第二比例下限小于所述第一比例下限。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述最大量程测量单元的测量量程时，输出所述第一电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当所述第一电压值在所述可调量程测量单元的最大测量量程内时，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程；控制所述可调增益放大器将所述可调倍数调整为与所述目标测量量程对应；在所述目标测量量程确定后的设定时长内，输出所述第一电压值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当所述第二电压值在所述可调量程测量单元的当前测量量程外时，根据所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程；当所述第二电压值在所述可调量程测量单元的当前测量量程内时，根据所述第二电压值，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，确定所述第一电压值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第一比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述第一比例；将筛选出的所述第一比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述可调量程测量单元的目标测量量程；或者，确定所述第二电压值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第二比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述第二比例；将筛选出的所述第二比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述可调量程测量单元的目标测量量程；其中，所述比例上限为，确定所述第二电压值是否超过所述可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；所述比例下限为，确定所述第二电压值是否低于所述可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于，当第一时刻测量得到的所述第一电压值在所述可调量程测量单元的最大测量量程外时，输出第一时刻测量得到的所述第一电压值；确定第二时刻测量得到的所述第一电压值是否在所述可调量程测量单元的最大测量量程内；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，在所述目标测量量程确定后的设定时长外，当第一时刻测量得到的所述第二电压值在所述目标测量量程内，且所述目标测量量程为第一时刻测量得到的所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程时，输出第一时刻测量得到的所述第二电压值；确定第二时刻测量得到的所述第二电压值是否在所述目标测量量程内，且所述目标测量量程是否为第二时刻测量得到的所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，在所述目标测量量程确定后的设定时长外，当所述第二电压值在所述目标测量量程外时，或者当所述目标测量量程不是所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程时，确定所述第一电压值是否在所述可调量程测量单元的最大测量量程内。

一种电压测量方法，所述方法包括：

通过固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，并通过第一模数转换器测量所述固定增益放大器缩放后的待测量信号，得到第一电压值；所述固定增益放大器和所述第一模数转换器连接形成最大量程测量单元；

通过可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，并通过第二模数转换器测量所述可调增益放大器缩放后的待测量信号，得到第二电压值；所述可调增益放大器和所述第二模数转换器连接形成可调量程测量单元，所述可调倍数与所述可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，所述可调量程测量单元的每个测量量程真包含于所述最大量程测量单元的测量量程；

当所述可调增益放大器在调整所述可调倍数时，输出所述第一电压值。

上述电压测量装置和方法，通过将固定增益放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。同时将可调增益放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。由于可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，并且可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程，因此可调量程测量单元可以实现一个小量程范围内电压的精确测量，而最大量程测量单元可以实现最大量程范围内电压的粗略测量。当可调增益放大器在调整可调倍数时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一个实施例中电压测量装置的结构示意图；

图2为一个实施例中量程切换过程中电压输出的流程图；

图3为一个实施例中超量程时电压输出的流程图；

图4为一个实施例中电压测量装置的工作方式的流程图；

图5为一个实施例中量程切换过程中电压输出的流程图；

图6为一个实施例中电压逐渐变化的示意图；

图7为一个实施例中电压测量方法的流程示意图。

附图标记说明：

10-固定增益放大器，11-可调增益放大器，20-第一模数转换器，21-第二模数转换器，30-处理器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电压测量装置，该装置包括：固定增益放大器10、可调增益放大器11、第一模数转换器20、第二模数转换器21以及处理器30。其中：

最大量程测量单元，包括连接的固定增益放大器10和第一模数转换器20。固定增益放大器10用于将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器20用于测量固定增益放大器10缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。

示例性地，固定增益放大器10为LTC6431-15型放大器，或者LTC6430-15型放大器，或者放大芯片LM324。

可调量程测量单元，包括连接的可调增益放大器11和第二模数转换器21。可调增益放大器11用于将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器21用于测量可调增益放大器11缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程。

示例性地，可调增益放大器20为可编程增益放大器(PGA，Programmable GainAmplifier)。优选地，可调增益放大器20可以为美国微芯Microchip公司生产的MCP6S21芯片、MCP6S22芯片、MCP6S26芯片、MCP6S28芯片中的一种，也可以为美国模拟仪器公司AnalogDevices生产的AD8321芯片、AD8250芯片中的一种。

示例性地，第一模数转换器20和第二模数转换器21可以为ADC0808、AD7678、AD9221、AD9223、AD9220中的一种。

处理器30，分别与第一模数转换器20、可调增益放大器11和第二模数转换器21连接，用于当可调增益放大器11调整可调倍数时，输出第一电压值。

示例性地，处理器30可以为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等中的一种。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。

在本实施例中，通过将固定增益放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。同时将可调增益放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。由于可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，并且可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程，因此可调量程测量单元可以实现一个小量程范围内电压的精确测量，而最大量程测量单元可以实现最大量程范围内电压的粗略测量。当可调增益放大器在调整可调倍数时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

在一个实施例中，如图2所示，处理器30用于执行如下步骤：

S202，接收包含目标量程的量程选择指令。

S204，判断目标量程是否为最大量程测量单元的测量量程。若目标量程为最大量程测量单元的测量量程，则执行S206；若目标量程为可调量程测量单元的一个测量量程，则执行S208和S210。

S206，输出第一电压值。

S208，在接收到量程选择指令后的设定时长内，输出第一电压值。

具体地，设定时长大于可调增益放大器11将可调倍数调整为与目标量程对应需要的最长时间，即处理器30在接收到量程选择指令后的设定时长内，控制可调增益放大器11将可调倍数调整为与目标量程对应。

具体地，用户可以通过与处理器30交互，选择切换的目标量程，即向处理器30下达包含目标量程的量程选择指令。处理器30接收到量程选择指令之后，如果目标量程为可调量程测量单元的一个测量量程，则处理器30会控制可调增益放大器11将可调倍数调整为与目标量程对应，使目标量程内的待测量信号缩放可调倍数之后在第二模数转换器21的测量量程内。

示例性地，设定时长大于可调增益放大器11切换增益档位的动作时间。例如，可调增益放大器11切换增益档位的动作时间为3毫秒，为了确保可调增益放大器11切换档位的动作完毕，设定时长可以为5毫秒。

具体地，通过将设定时长的时间设置为大于切换量程的最长时间，确保可调增益放大器在设定时长之后，完成了量程切换的动作。

S210，在接收到量程选择指令后的设定时长后，输出第二电压值。

在本实施例中，处理器接收到量程选择指令时，先判断目标量程是否为最大量程测量单元的测量量程。若目标量程为最大量程测量单元的量程，不存在切换量程的情况，直接输出第一电压值即可。若目标量程为可调量程测量单元的一个测量量程，则先在设定时长内输出第一电压值，这样在处理器控制可调增益放大器进行切换量程的过程中，依旧能保持对电压的测量。再在设定时长之后输出第二电压值，此时可调增益放大器完成了量程切换动作，可调量程测量单元的测量值准确，输出第二电压值可以得到更为精确的测量结果。

在一个实施例中，如图3所示，处理器30用于执行如下步骤：

S302，判断可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程外。若可调增益放大器缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外，则执行S304；若可调增益放大器缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程内，则执行S306。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21的测量量程内；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21选择的测量量程外。

具体地，通过这样的方式，判断可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程外，从而确定可调增益放大器是否超量程，进而确定采用可调增益放大器输出的第二电压值是否可靠准确。

示例性地，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且目标量程为可调量程测量单元的一个测量量程时，在接收到量程选择指令后的设定时长后，才执行步骤S302。

示例性地，第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例为，第二电压值和第二模数转换器21的测量量程的最小值的差值，除以第二模数转换器21的测量量程的最大值和最小值的差值。

S304，输出第一电压值。

S306，输出第二电压值。

示例性地，S302、S304和S306可以结合S210执行，即在接收到量程选择指令后的设定时长后，先判断可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程外，若可调增益放大器缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程内，再输出第二电压值。

在本实施例中，处理器先通过判断缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程内，来判断此时可调量程测量单元是否超量程，从而确定可调量程测量单元输出的第二电压值是否准确。如果缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外，则说明此时可调量程测量单元已超量程，输出的第二电压值不准确，采用最大量程测量单元输出的第一电压值可以保证测量的准确性。如果缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程内，则说明此时可调量程测量单元未超量程，输出的第二电压值是准确的，采用可调量程测量单元输出的第二电压值可以提高测量的精度。

在一个实施例中，如图4所示，处理器30用于执行如下步骤：

S400，当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

具体地，当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，可以根据第一电压值，来确定可调量程测量单元的目标测量量程。

S410，控制可调增益放大器将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应。

S420，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长内，输出第一电压值。

具体地，在目标测量量程确定后的设定时长内，可调量程测量单元在切换可调倍数，此时可调量程测量单元的测量值不准确，则输出第一电压值，保证电压测量的连续性。

在本实施例中，当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，可以确定可调量程测量单元的目标测量量程，并且控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标测量量程相对应，从而实现自动切换可调量程测量单元的测量量程。而且当可调增益放大器在调整可调倍数时或缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

在一个实施例中，如图5所示，处理器30用于执行如下步骤：

S500，判断第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内，则执行步骤S550；若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程外，则执行步骤S510。

具体地，处理器30用于，确定第一电压值是否大于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值；若第一电压值大于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值，则确定第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程外；若第一电压值小于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值且大于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值，则确定第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内。

S510，输出第一电压值。

具体地，在执行步骤S510后，再次执行步骤S500。即输出第一时刻测量得到的第一电压值后，确定第二时刻测量得到的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。其中，第二时刻在第一时刻后。

具体地，输出第一电压值后，会接收到新的待测信号，此时可以重新判断当前最大量程测量单元测得的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内，即在执行步骤S510后，再次执行步骤S500。

S520，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的当前测量量程内。若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内，则执行步骤S530；若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外，则执行步骤S540。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例。当第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内。当第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外。

S530，根据第二电压值，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第二比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的第二比例；将筛选出的第二比例中的最大比例对应的测量量程，确定为可调量程测量单元的目标测量量程；其中，比例上限为，确定第二电压值是否超过可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；比例下限为，确定第二电压值是否低于可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

S540，根据第一电压值，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

具体地，处理器30用于，确定第一电压值在可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第一比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的第一比例；将筛选出的第一比例中的最大比例对应的测量量程，确定为可调量程测量单元的目标测量量程。其中，比例上限为，确定第二电压值是否超过可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；比例下限为，确定第二电压值是否低于可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

S550，控制可调增益放大器将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应。

S560，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长内，输出第一电压值。

示例性地，设定时长大于可调增益放大器11将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应需要的最长时间。例如，可调增益放大器11切换增益档位的动作时间为3毫秒，为了确保可调增益放大器11切换档位的动作完毕，设定时长可以为5毫秒。

S570，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长外，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程内、以及目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程。若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程外，或目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S500；若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程内，并且目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S580。

具体地，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程外，包括如下步骤：将第二电压值和可调量程测量单元的测量量程的最小值的差值，除以可调量程测量单元的测量量程的最大值和最小值的差值，确定为第二电压值在可调量程测量单元测量量程中所占的比例；当第二电压值在可调量程测量单元当前测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内；当第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外。

判断目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，包括如下步骤：将第二电压值和可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程的最小值的差值，分别除以对应的测量量程的最大值和最小值的差值，确定第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例；若第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程不是目标测量量程，则确定目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；若第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程是目标测量量程，则确定目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程。

具体地，可调量程测量单元的所有可测量第二电压值的测量量程中，第二电压值所占的比例最大的测量量程，即为可测量第二电压值的最小测量量程。测量得到的第二电压值已经是本电压测量装置可以测量出的最精确的数值。

S580，输出第二电压值。

具体地，在步骤S580执行后，执行步骤S570。即输出第一时刻测量得到的第二电压值后，确定第二时刻测量得到的第二电压值是否在目标测量量程内，且目标测量量程是否为第二时刻测量得到的第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，第二时刻在第一时刻后。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21的测量量程内；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21选择的测量量程外。通过这样的方式，判断可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程外，从而确定可调增益放大器是否超量程，进而确定采用可调增益放大器输出的第二电压值是否可靠准确。

示例性地，第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例为，第二电压值和第二模数转换器21的测量量程的最小值的差值，除以第二模数转换器21的测量量程的最大值和最小值的差值。

在本实施例中，首先判断第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内，如果不在，则代表可调量程测量单元无法测量待测信号，只有最大量程测量单元测量出的第一电压值才是准确的，因此，直接输出第一电压值。然后接收下一时刻的待测量电压信号，重新判断下一时刻的待测量电压信号是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。

若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内，则进一步判断第二电压值是否在可调量程测量单元的当前测量量程内，若第二电压值不在可调量程测量单元的当前测量量程内，则代表第二电压值不准确，因此，根据第一电压值确定可调量程测量单元的目标测量量程，目标测量量程即可调量程测量单元所有量程中，能够测量第一电压值并且不超过量程范围的最小量程。

若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内，则代表此时的第二电压值是精确的，因此，根据第二电压值确定可调量程测量单元的目标测量量程，目标测量量程即可调量程测量单元所有量程中，能够测量第二电压值并且不超过量程范围的最小量程。

确定了目标测量量程之后，就控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标测量量程对应，即将当前的测量量程切换为目标测量量程。

然后在确定目标测量量程后的设定时长内，输出第一电压值，这样在处理器控制可调增益放大器进行切换量程的过程中，依旧能保持对电压的测量。

然后在确定目标测量量程后的设定时长外，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程内、以及目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程外，或目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时的第二电压值不准确，或者第二电压值还可以用可调量程测量单元的更小的测量量程来进行测量，即当前的第二电压值的测量精度还可以更高，就不采用当前的第二电压值，而是重新判断当前的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程内，并且目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时的第二电压值已经是电压测量装置可以测量出的最精确的数值，所以输出第二电压值。

通过将设定时长的时间设置为大于切换量程的最长时间，确保可调增益放大器在设定时长之后，完成了量程切换的动作。

该装置可以根据待测信号自动切换测量的量程为，待测信号不超过量程和范围的最小量程，即该装置能够测量待测信号的最精确的量程。从而可以根据待测信号自动切换量程为最佳量程，保证了测量的精确性，并且当可调增益放大器在调整可调倍数，或缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

在一个实施例中，如图6所示，处理器30还用于，当第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为比例上限，第一比例下限作为比例下限；当第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为比例上限，第二比例下限作为比例下限，第二比例上限小于第一比例上限，第二比例下限小于第一比例下限。

以图6为例，Vth1+表示第一比例上限，Vth0+表示第二比例上限，Vth0-表示第一比例下限，Vth1-表示第二比例下限。如图6所示，第一比例上限Vth1+大于第二比例上限Vth0+，第一比例下限Vth0-大于第二比例下限Vth1-。

图6中箭头代表电压的变化趋势，实线表示选择的比例上限或比例下限。当第二电压值逐渐增大时，如图6中的左上图所示，选择第一比例上限Vth1+作为比例上限，如图6中的右下图所示，选择第一比例下限Vth0-作为比例下限。当第二电压值逐渐减小时，如图6中的右上图所示，选择第二比例上限Vth0+作为比例上限，如图6中的左下图所示，选择第二比例下限Vth1-作为比例下限。

具体地，第二电压值逐渐增大是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都大于上一时刻的第二电压值。第二电压值逐渐减小是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都小于上一时刻的第二电压值。

示例性地，处理器30包括迟滞比较器，用于在电压值逐渐增大时，将处理器30的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器30的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。

示例性地，第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限，根据待测电压信号的实际噪声值来确定。

在本实施例中，在电压值逐渐增大时，将处理器的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限根据实际的噪声值来确定。从而能够在模数转换器采集到的电压值有噪声时，通过迟滞宽度来覆盖住噪声所引起的电压波动，从而避免噪声对处理器判断第二模数转换器是否超过量程产生影响，避免处理器由于噪声的影响而频繁的更换选择输出的电压值，使得处理器输出的电压值更为稳定。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种电压测量方法，该方法包括：

步骤S700，通过固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，并通过第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号，得到第一电压值。

其中，固定增益放大器和第一模数转换器连接形成最大量程测量单元。

示例性地，使用比例放大器(LM324)电路将电压测量信号放大10倍。

步骤S720，通过可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，并通过第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号，得到第二电压值。

其中，可调增益放大器和第二模数转换器连接形成可调量程测量单元，可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程。

步骤S740，当可调增益放大器在调整可调倍数时，输出第一电压值。

在本实施例中，通过将固定增益放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。同时将可调增益放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。由于可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，并且可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程，因此可调量程测量单元可以实现一个小量程范围内电压的精确测量，而最大量程测量单元可以实现最大量程范围内电压的粗略测量。当可调增益放大器在调整可调倍数时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

应该理解的是，虽然图2-5、图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-5、图7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种电压测量装置，其特征在于，所述装置包括：

最大量程测量单元，包括连接的固定增益放大器(10)和第一模数转换器(20)；所述固定增益放大器(10)用于将待测量信号缩放固定倍数，所述第一模数转换器(20)用于测量所述固定增益放大器(10)缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值；

可调量程测量单元，包括连接的可调增益放大器(11)和第二模数转换器(21)；所述可调增益放大器(11)用于将待测量信号缩放可调倍数，所述第二模数转换器(21)用于测量所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值；所述可调倍数与所述可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，所述可调量程测量单元的每个测量量程真包含于所述最大量程测量单元的测量量程；

处理器(30)，分别与所述第一模数转换器(20)、所述可调增益放大器(11)和所述第二模数转换器(21)连接，用于当所述可调增益放大器(11)调整所述可调倍数时，输出所述第一电压值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，接收包含目标量程的量程选择指令，所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程；当所述目标量程不是所述最大量程测量单元的测量量程时，控制所述可调增益放大器(11)将所述可调倍数调整为与所述目标量程对应，并在接收到所述量程选择指令后的设定时长内，输出所述第一电压值。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述设定时长大于所述可调增益放大器(11)将所述可调倍数调整为与所述目标量程对应需要的最长时间。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)还用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程时，在接收到所述量程选择指令后的设定时长后，输出所述第二电压值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述可调量程测量单元的一个测量量程时，在接收到所述量程选择指令后的设定时长后，确定所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号是否在所述第二模数转换器(21)的测量量程外；当确定所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器(21)的测量量程内时，输出所述第二电压值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)还用于，当确定所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器(21)的测量量程外时，输出所述第一电压值。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，确定所述第二电压值在所述第二模数转换器(21)的测量量程中所占的比例；当所述第二电压值在所述第二模数转换器(21)的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器(21)的测量量程内；当所述第二电压值在所述第二模数转换器(21)的测量量程中所占的比例大于所述比例上限或者小于比例下限时，确定所述可调增益放大器(11)缩放后的待测量信号在所述第二模数转换器(21)选择的测量量程外。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)还用于，当所述第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为所述比例上限，第一比例下限作为所述比例下限；当所述第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为所述比例上限，第二比例下限作为所述比例下限，所述第二比例上限小于所述第一比例上限，所述第二比例下限小于所述第一比例下限。

9.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)还用于，当接收到包含目标量程的量程选择指令，且所述目标量程为所述最大量程测量单元的测量量程时，输出所述第一电压值。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，当所述第一电压值在所述可调量程测量单元的最大测量量程内时，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程；控制所述可调增益放大器(11)将所述可调倍数调整为与所述目标测量量程对应；在所述目标测量量程确定后的设定时长内，输出所述第一电压值。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，当所述第二电压值在所述可调量程测量单元的当前测量量程外时，根据所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程；当所述第二电压值在所述可调量程测量单元的当前测量量程内时，根据所述第二电压值，确定所述可调量程测量单元的目标测量量程。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，确定所述第一电压值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第一比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述第一比例；将筛选出的所述第一比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述可调量程测量单元的目标测量量程；或者，确定所述第二电压值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第二比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述第二比例；将筛选出的所述第二比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述可调量程测量单元的目标测量量程；其中，所述比例上限为，确定所述第二电压值是否超过所述可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；所述比例下限为，确定所述第二电压值是否低于所述可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

13.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)还用于，当第一时刻测量得到的所述第一电压值在所述可调量程测量单元的最大测量量程外时，输出第一时刻测量得到的所述第一电压值；确定第二时刻测量得到的所述第一电压值是否在所述可调量程测量单元的最大测量量程内；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

14.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，在所述目标测量量程确定后的设定时长外，当第一时刻测量得到的所述第二电压值在所述目标测量量程内，且所述目标测量量程为第一时刻测量得到的所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程时，输出第一时刻测量得到的所述第二电压值；确定第二时刻测量得到的所述第二电压值是否在所述目标测量量程内，且所述目标测量量程是否为第二时刻测量得到的所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

15.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器(30)用于，在所述目标测量量程确定后的设定时长外，当所述第二电压值在所述目标测量量程外时，或者当所述目标测量量程不是所述第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程时，确定所述第一电压值是否在所述可调量程测量单元的最大测量量程内。

16.一种电压测量方法，其特征在于，所述方法包括：

通过固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，并通过第一模数转换器测量所述固定增益放大器缩放后的待测量信号，得到第一电压值；所述固定增益放大器和所述第一模数转换器连接形成最大量程测量单元；

通过可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，并通过第二模数转换器测量所述可调增益放大器缩放后的待测量信号，得到第二电压值；所述可调增益放大器和所述第二模数转换器连接形成可调量程测量单元，所述可调倍数与所述可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，所述可调量程测量单元的每个测量量程真包含于所述最大量程测量单元的测量量程；

当所述可调增益放大器在调整所述可调倍数时，输出所述第一电压值。

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