CN115931163A - 基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统，电阻测量电路包括：惠斯通电桥，由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；标准电阻模块包括两个定值电阻；激励电压输入模块，用于将交流激励信号输入电压跟随模块；电压跟随模块用于将交流激励信号进行隔离和缓冲后，输出给惠斯通电桥；相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得交流激励信号和惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；电源模块，用于为电压跟随模块和相位调节模块供电；锁相放大器模块，用于从惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取惠斯通电桥的电压变化信号；电压变化信号表征热敏电阻的电阻值的变化量。

Description

基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统

技术领域

本申请涉及开关电源领域，尤其涉及一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统。

背景技术

热敏电阻具有阻值随温度进行变化的特性，基于热敏电阻制作热敏探针，通过测量热敏探针的阻值变化，可以在很多场景下准确测量温度。惠斯通电桥(WheatstoneBridge)测量法可以测量热敏电阻的电阻值变化，现有技术通常采用惠斯通直流电桥来测量电阻值，直流电桥存在零点漂移问题，测量结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统，旨在有效提高惠斯通电桥测量热敏电阻的电阻值的准确度。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路，所述电阻测量电路包括：惠斯通电桥，所述惠斯通电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；所述标准电阻模块包括两个定值电阻，所述可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成所述惠斯通电桥的四个桥臂；

激励电压输入模块，用于将交流激励信号输入电压跟随模块；

所述电压跟随模块，设置在所述激励电压输入模块和所述惠斯通电桥之间，用于将所述交流激励信号进行隔离和缓冲后，输出给所述惠斯通电桥；

相位调节模块，所述相位调节模块连接所述标准电阻模块，用于调节所述惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得所述交流激励信号和所述惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；

电源模块，用于为所述电压跟随模块和所述相位调节模块供电；

锁相放大器模块，用于从所述惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取所述惠斯通电桥的电压变化信号；所述电压变化信号表征所述热敏电阻的电阻值的变化量。

上述方案中，在测量所述热敏电阻的电阻值时，所述可调电阻的电阻值保持不变。

上述方案中，在测量所述热敏电阻的电阻值之前，通过调整所述可调电阻的电阻值，使得所述惠斯通电桥处于平衡状态。

上述方案中，所述电压跟随模块包括：第一运算放大器；所述交流激励电压输入模块接入所述第一运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反向输入端与输出端相连；所述第一运算放大器的输出端连接所述惠斯通电桥。

上述方案中，所述标准电阻模块包括串联的第一定值电阻和第二定值电阻，所述第一定值电阻的第一端连接所述电压跟随模块的输出端，所述第二定值电阻的第一端与所述第一定值电阻的第二端连接，所述第二定值电阻的第二端连接所述锁相放大器模块。

上述方案中，所述相位调节模块包括：可调电容和第二运算放大器；所述可调电容的第一端连接所述第二运算放大器的反向输入端和所述第一定值电阻与所述第二定值电阻的连接处，所述可调电容的第二端连接所述第二定值电阻的第二端和所述第二运算放大器的输出端。

上述方案中，所述电源模块为所述电压跟随模块和所述相位调节模块提供±12V的直流供电。

上述方案中，所述锁相放大器模块还用于将所述电压变化信号进行放大处理。

上述方案中，所述激励电压输入模块包括锁相放大器，所述锁相放大器用于将所述交流激励信号输入电压跟随模块。

第二方面，本申请实施例提供了一种温度测量系统，包括：上述第一方面所述的电阻测量电路和软件处理模块；

所述软件处理模块，用于根据所述电阻测量电路中的锁相放大器模块提取出的电压变化信号，确定所述热敏电阻当前的电阻值；根据所述热敏电阻当前的电阻值，以及预先确定的热敏电阻的电阻值与温度值的对应关系，确定所述热敏电阻当前的环境温度值。

本申请实施例提供的技术方案，电阻测量电路包括：惠斯通电桥、激励电压输入模块、电压跟随模块、相位调节模块、电源模块和锁相放大器模块。其中，惠斯通电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成，标准电阻模块包括两个定值电阻，可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成惠斯通电桥的四个桥臂。激励电压输入模块用于为惠斯通电桥提供交流激励信号；电压跟随模块设置在激励电压输入模块和惠斯通电桥之间，用于对激励电压输入模块输入惠斯通电桥的交流激励信号进行缓冲和隔离；相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得交流激励信号和惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；电源模块用于为电压跟随模块和相位调节模块供电；锁相放大器模块用于从惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取惠斯通电桥的电压变化信号，电压变化信号表征热敏电阻的电阻值的变化量。本实施例使用交流惠斯通电桥测量热敏电阻的阻值变化，不存在直流电桥的零点漂移的缺陷，测量准确度更高。并且通过电压跟随模块对交流激励信号进行缓冲和隔离，通过相位调节模块使得交流激励信号和惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同，便于锁相放大器模块对电压变化信号的检出，能够有效提高惠斯通电桥测量热敏电阻的电阻值的准确度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基础惠斯通交流电桥的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路的示意图。

图5是本发明实施例提供的一种温度测量系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请再作进一步详细的描述。

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。

在本申请的描述中，所涉及的术语“第一、第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。除非另有说明，“多个”的含义是至少两个。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

由于热敏电阻具有阻值随温度进行变化的特性，可基于热敏电阻制作热敏探针，通过测量热敏探针的阻值变化，可以在很多场景下准确测量温度。例如，热敏探针可以测量由质子束导致的水中辐射温升，从而完成质子束水吸收剂量的测量。质子束水吸收剂量，即质子束辐射在水中，单位质量的水所吸收的能量，单位为戈瑞(Gy，1Gy＝1J/kg)。在水吸收剂量测量中，因能量沉积主要以水温升高的形式体现，因此可以直接测量辐射温升来测量水吸收剂量。利用惠斯通电桥测量法可以测量热敏电阻微小阻值变化，完成对质子束导致的水中辐射温升测量。

现有技术通常采用惠斯通直流电桥来测量电阻值，直流电桥存在零点漂移问题，测量结果不准确。

针对上述相关技术的缺点，本发明实施例提供了一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路及温度测量系统，能够有效提高惠斯通电桥测量热敏电阻的电阻值的准确度。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供了一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路，如图1所示，所述电阻测量电路包括：惠斯通电桥，所述惠斯通电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；所述标准电阻模块包括两个定值电阻，所述可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成所述惠斯通电桥的四个桥臂；

激励电压输入模块，用于将交流激励信号输入电压跟随模块；

所述电压跟随模块，设置在所述激励电压输入模块和所述惠斯通电桥之间，用于将所述交流激励信号进行隔离和缓冲后，输出给所述惠斯通电桥；

相位调节模块，所述相位调节模块连接所述标准电阻模块，用于调节所述惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得所述交流激励信号和所述惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；

电源模块，用于为所述电压跟随模块和所述相位调节模块供电；

锁相放大器模块，用于从所述惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取所述惠斯通电桥的电压变化信号；所述电压变化信号表征所述热敏电阻的电阻值的变化量。

惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，如图1中的可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块中的两个定值电阻，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂。惠斯通电桥电路常用来进行电阻的测量，它具有测量精度高，线性度好，测量原理简单，操作简便等特点。它的作用是将电阻的变化信号转化为电压或电流信号，根据供桥电源类型，电桥可以分为直流电桥和交流电桥。由于直流放大器存在零点漂移问题，影响测量结果，所以本实施例采用交流电桥电路。

在本申请实施例中，通过交流惠斯通电桥可以获取热敏电阻的阻值变化。

图2是本发明实施例提供的一种基础惠斯通交流电桥的示意图，桥臂阻抗与输出电压的关系如式(1)所示。

惠斯通交流电桥有两种工作模式：零位和接近零位。零位工作模式下，惠斯通电桥为平衡电桥，只能用于测量相对稳定的电阻值。当惠斯通电桥平衡时，桥臂上阻抗满足式(2)，其为复数方程，输出电压V为零。

Z₁Z₄＝Z₂Z₃(2)

即惠斯通电桥的平衡条件为：1)相对桥臂阻抗幅值乘积相等，2)相对桥臂阻抗相位之和相等。由式(2)可知，惠斯通交流电桥平衡条件只与桥臂阻抗有关，与激励电压Vs大小、频率以及输出电压V测量系统内部阻抗无关。然而当惠斯通电桥平衡时，对输出电压V的测量精度取决于激励电压Vs的幅值、探测器的灵敏度和电桥系统的噪声。当四桥臂阻抗满足Z1＝Z2、Z3＝Z4时，电桥输出电压为0，此时测量某一桥臂的阻抗变化ΔZ，电桥具有最佳灵敏度。

在接近零位的工作模式中，惠斯通电桥为非平衡状态，桥路的非平衡电压就能反映出桥臂电阻的微小变化，因此，就可以检测出外界物理量的变化(温度、压力等)。电桥两端会产生微小的电压偏移量，适用于测量连续变化的电阻值。例如，在质子束水吸收剂量实验中，通过测量热敏电阻的阻值变化，从而计算得到辐射温升，所以可以选择非平衡交流电桥作为测量热敏电阻的电阻值变化的工具。

当交流电桥偏移电压接近零时，可由式(1)得到，电桥某一桥臂阻抗Z的细微变化ΔZ与电桥两端输出电压变化ΔV具有式(3)所示的关系。

由式(3)可知，电桥两端输出电压变化ΔV与阻抗相对变化量ΔZ/Z近似成正比关系。通过电路中相位调节模块，可使得电路中容抗值近似为0，则电桥两端输出电压变化ΔV与桥臂阻值变化量ΔR/R成正比关系。

应理解，上述阻抗可以理解为电阻。

本实施例中惠斯通电桥内的电压信号，指图1中电桥的A、B两点之间电压，对应图2中的电桥两端输出电压V。

由惠斯通电桥工作原理可知，电桥两端输出电压变化ΔV可反应桥臂阻值变化ΔR，可以通过图1所示的基于惠斯通电桥的电阻测量电路，对由辐射温升导致的热敏电阻的电阻值变化进行测量。

在开始测量之前，需要对热敏电阻进行校准，获取热敏电阻的阻值变化随温度变化的关系ΔT/ΔR。

然后控制惠斯通电桥处于平衡状态，固定热敏电阻的电阻值，进行电桥的欧姆校准，通过调节可变电阻的电阻值，然后获取电桥输出电压，可以获得桥臂阻值变化与电桥输出电压变化的关系ΔR/ΔV。

在开始测量热敏电阻的电阻值时，固定可变电阻的电阻值，由于热敏电阻的电阻值是随温度变化的，热敏电阻的阻值变化会导致电桥输出电压的变化ΔV，根据公式(4)计算可得到热敏电阻的温度变化ΔT。

通过上述原理，可以通过惠斯通电桥测得由于辐射温升导致的热敏电阻的阻值变化产生的电桥输出电压的变化ΔV，根据ΔV可以获得热敏电阻当前的电阻值。

在实际使用中，将图1中的可调电阻和标准电阻模块中的两个定值电阻的电阻值固定，热敏电阻的电阻值根据温度变化，这时候就可以用惠斯通电桥来测物理量了。随着环境温度的变化，热敏电阻的阻值发生变化，导致惠斯通电桥两端输出电压ΔV发生变化，根据ΔV可以获得热敏电阻当前的电阻值，再对照热敏电阻的电阻-温度对应表就可以知道当前环境的温度了。

在本申请实施例中，电压跟随模块设置在激励电压输入模块和惠斯通电桥之间，用于对激励电压输入模块输入惠斯通电桥的交流激励信号进行缓冲和隔离，实现激励电压输入模块与电桥主体间的缓冲及隔离。电压跟随模块的主要元器件可以是运算放大器，运算放大器可以起到缓冲、隔离和滤波的作用。

相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯通电桥内的电压信号的相位值，使激励信号和电桥电压的变化信号相位相同，便于锁相放大模块对电压变化信号的检出和放大。相位调节模块的主要元器件可以是运算放大器和可调电容，可使得电路中容抗值近似为0。

激励电压输入模块用于电桥的激励信号输入，激励电压输入模块可以包括锁相放大器，将激励信号通过锁相放大器进行滤波、放大及输出。

锁相放大模块用于对电压变化信号进行提取、放大及输出，以检出电桥电压的变化信号。

在一实施例中，在测量所述热敏电阻的电阻值之前，通过调整所述可调电阻的电阻值，使得所述惠斯通电桥处于平衡状态。

在一实施例中，在测量所述热敏电阻的电阻值时，所述可调电阻的电阻值保持不变。

在测量热敏电阻的电阻值之前，固定热敏电阻的电阻值，通过调节可调电阻的电阻值，使得惠斯通电桥处于平衡状态。然后进行电桥的欧姆校准，通过调节可变电阻的电阻值，然后获取电桥输出电压，可以获得桥臂阻值变化与电桥输出电压变化的关系ΔR/ΔV。

在开始测量热敏电阻的电阻值时，固定可变电阻的电阻值，热敏电阻的电阻值随温度变化。

在一实施例中，所述电压跟随模块包括：第一运算放大器；所述交流激励电压输入模块接入所述第一运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反向输入端与输出端相连；所述第一运算放大器的输出端连接所述惠斯通电桥。

如图3所示，电压跟随模块包括第一运算放大器U1，激励电压从第一运算放大器U1的同向输入端输入，第一运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5与输出端连接，电路输出信号与输入信号等大，放大倍数等于1。电容C1、C4起到运算放大器U1输入电压滤波作用。

电压跟随模块主要用于激励电压输入模块与电桥主体间的缓冲及隔离，具有输入阻抗高，输出阻抗低，减小输入信号损耗的显著特点。该模块主要由高精度运算放大器构成，激励电压从第一运算放大器的正相输入端输入，第一运算放大器的反相输入信号与输出信号连接，因此电路输出信号与输入信号等大，放大倍数等于1。第一运算放大器的一方面的作用是匹配阻抗，高输入阻抗，低输出阻抗，能够很好地承接前级电压放大和负载低阻抗输出的需要，通常也叫做缓冲。第一运算放大器的输入电阻是无穷大，输出电阻为0，因而能起到隔离不同信号源的作用。

在一实施例中，所述标准电阻模块包括串联的第一定值电阻和第二定值电阻，所述第一定值电阻的第一端连接所述电压跟随模块的输出端，所述第二定值电阻的第一端与所述第一定值电阻的第二端连接，所述第二定值电阻的第二端连接所述锁相放大器模块。

第一定值电阻和第二定值电阻组成惠斯通电桥的相对桥臂与相邻桥臂。在实际应用中，第一定值电阻R1和第二定值电阻R2的阻值可以为10KΩ。

在一实施例中，所述相位调节模块包括：可调电容和第二运算放大器；所述可调电容的第一端连接所述第二运算放大器的反向输入端和所述第一定值电阻与所述第二定值电阻的连接处，所述可调电容的第二端连接所述第二定值电阻的第二端和所述第二运算放大器的输出端。

如图3所示，相位调节模块包括可调电容C5和第二运算放大器U2，可调电容C5的第一端连接第二运算放大器U2的反向输入端和第一定值电阻R1与第二定值电阻R2的连接处。可调电容C5的第二端连接第二定值电阻R2的第二端和第二运算放大器U2的输出端，第二运算放大器U2的同向输入端连接一个贴片电阻R4，起到滤波作用。

相位调节模块主要用于调节电桥内电压信号的相位值，由于激励电压输入模块产生的激励信号为交流信号，电桥电压的变化信号也是交流信号并且需要加载在激励信号之上输出。通过相位调节模块改变电容值，调节交流信号相位，使上述两路信号相位相同，便于锁相放大器模块对电压变化信号的检出和放大。

相位调节可分为电容相位调节和电感相位调节，本实施例是电容相位调节。

电容相位调节是在通电情况下，电路给电容充电。开始瞬间充电的电流为最大值，电压趋于0，随着电容充电量增加，电流逐渐变小，电压逐渐增加，至电容充电结束时，电容充电电流趋于0，电容端电压为电路的最大值，这样就完成了一个充电周期，如果取电容的端电压作为输出，即可得到一个滞后于电流90度的移相电压。

在一实施例中，电源模块主要用于为电压跟随模和相位调节模块中的运算放大器提供±12V的直流供电。

在一实施例中，锁相放大器模块主要元器件为锁相放大器，所述锁相放大器模块还用于将所述电压变化信号进行放大处理。

在一实施例中，所述激励电压输入模块包括锁相放大器，所述锁相放大器用于将所述交流激励信号输入电压跟随模块，为所述惠斯通电桥提供交流激励电压。

锁相放大器为电桥提供一个激励电压输入，并接入电压跟随模块的同相输入端，后续电桥桥臂阻抗变化产生的电压变化信号会加载在激励信号中。

锁相放大器可以从干扰极大的环境中分离出特定载波频率信号，本实施例的惠斯通电桥激励电压模块、锁相放大模块及相位调节模块的主要元器件都为锁相放大器。锁相放大器的核心理论基础是相关检测技术，相关检测技术包括自相关和互相关两种形式，由于互相关检测比自相关检测的抗干扰能力强，所以对于微弱信号的检测一般选用的是互相关检测方式。由于锁相放大器产生的激励信号与电桥输出信号的频率和相位相同，因此两个信号具有相关性，但噪声信号的频率和相位是随机的，噪声信号与激励信号之间不相关的，所以锁相放大器能从较强的噪声信号中将电压输出信号提取出来。

锁相放大器主要由三部分组成：信号输入通道、参考信号输入通道和相关器。信号输入通道内部主要是一个高通滤波器，待测信号通过高通滤波器滤除反射信号后得到待测调制信号与噪声的混合输入信号，参考信号输入通道根据调制频率产生与调制信号频率相同的信号。相关器的作用是抑制高频信号以得到直流输出信号，主要由相敏检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)构成。

当信号通过相敏检波器后，其信号频谱被搬移至0与2ω处，之后由低通滤波器完成对带外频谱的滤除。低通滤波器通带越窄，滚降越陡峭，则噪声被衰减的程度更加剧烈，信噪比改善程度越高。由于低通滤波器较带通滤波器更易获得，锁相放大器更容易实现更加窄的通带频率和更高的稳定性。

本申请实施例提供的技术方案，电阻测量电路包括：惠斯通电桥、激励电压输入模块、电压跟随模块、相位调节模块、电源模块和锁相放大器模块。其中，惠斯通电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成，标准电阻模块包括两个定值电阻，可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成惠斯通电桥的四个桥臂。激励电压输入模块用于为惠斯通电桥提供交流激励信号；电压跟随模块设置在激励电压输入模块和惠斯通电桥之间，用于对激励电压输入模块输入惠斯通电桥的交流激励信号进行缓冲和隔离；相位调节模块连接标准电阻模块，用于调节惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得交流激励信号和惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；电源模块用于为电压跟随模块和相位调节模块供电；锁相放大器模块用于从惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取惠斯通电桥的电压变化信号，电压变化信号表征热敏电阻的电阻值的变化量。本实施例使用交流惠斯通电桥测量热敏电阻的阻值变化，不存在直流电桥的零点漂移的缺陷，测量准确度更高。并且通过电压跟随模块对交流激励信号进行缓冲和隔离，通过相位调节模块使得交流激励信号和惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同，便于锁相放大器模块对电压变化信号的检出，能够有效提高惠斯通电桥测量热敏电阻的电阻值的准确度。

图3是本发明实施例提供的一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路的示意图，电路中模块的划分如图4所示，电路主要由激励电压输入模块1、电压跟随模块2、可调电阻3、热敏电阻4和标准电阻模块5、锁相放大器模块6、相位调节模块7和电源模块8组成。

在图3和图4中，电源模块主要用于电路中电压跟随模块和相位调节模块所用的高精度运算放大器提供±12V的直流供电，电源模块中主要元器件含降压器、整流器及稳压器。电路中所包含元器件如表1所示，电源模块将220V的交流市电经变压器T1降压到±12V，安装发光二极管D3用于监测电路的通断，经定值电阻R7、R9限流保护后再经桥式整流电路D2整流成±12V的直流电，并经两个大容量电容C7、C9低频输入滤波后由两个稳压芯片U3、U4进行线性稳压，接着通过两个小容量电容C6、C10进行输出高频滤波及两个贴片电容C8、C11进行低频滤波，得到±12V的稳定直流电，最后传递到相位调节单元和电压跟随单元的高精密运算放大器，为其供电。

表1电源模块元器件列表

激励电压输入模块主要由锁相放大器构成，锁相放大器为电桥提供一个激励电压输入P6，并接入电压跟随模块中的运算放大器的同相输入端，后续电桥桥臂阻抗变化产生的电压变化信号会加载在激励信号中，并通过锁相放大器进行滤波、放大及输出。激励电压输入模块的主要元器件如表2所示。

表2激励电压输入模块元器件列表

模块	组成	功能	电路里代码
				激励电压输入模块	锁相放大器	激励电压输入	外接

电压跟随模块主要用于激励电压输入模块与电桥主体间的缓冲及隔离，具有输入阻抗高，输出阻抗低，减小输入信号损耗的显著特点。电压跟随模块主要由高精度运算放大器U1及滤波电容C1、C4构成。电容C1、C4起到运算放大器输入电压滤波作用。

表3电压跟随模块元器件列表

可变电阻是电桥其中一个桥臂，如表4所示，可变电阻主要由外接可编程电阻器构成，通过调节可编程电阻器的电阻值，进而完成电桥电压的平衡。可编程电阻器由输入运放、D/A转换器、模拟开关、输出运放及失调调零电路构成。施加于标准电阻一端的输入电压值经过缓冲放大、比例调节后，反馈到标准电阻的另一端，以此来控制输入电流，从而确定输入电阻值。将可编程电阻器用作电桥平衡电阻，可通过计算机的并行端口进行控制来提供准确的电阻变化，进而使得电桥达到平衡，可对温度变化导致的热敏电阻的阻值变化进行测量。

表4可变电阻元器件列表

模块	序号	组成	功能	电路里代码
					可编程电阻模块	1	可编程电阻器	桥臂Z3	Burster

热敏电阻组成电桥其中一个桥臂，如表5所示，热敏电阻为NCT(NegativeTemperature Coefficient)热敏电阻，在实际应用中，可以由两支热敏电阻串联组成量热芯，去测量环境温度。用热敏电阻进行环境温度变化的测量，并将热敏电阻温度变化反映为阻值变化，再通过惠斯通电桥转变为电桥电压变化。

表5热敏电阻元器件列表

模块	序号	组成	功能	电路里代码
					热敏探针模块	1	NCT热敏电阻	桥臂Z4	TH

锁相放大模块主要用于电桥电压变化信号的检出，电桥电压变化信号加载在激励信号上进行输出，需要利用锁相放大模块对电压变化信号进行提取、放大及输出。如表6所示，锁相放大模块主要由锁相放大器构成。

表6锁相放大模块元器件列表

标准电阻模块主要组成电桥的相对桥臂与相邻桥臂，如表7所示，标准电阻模块由定值电阻R1、R2构成。

表7标准电阻模块元器件列表

相位调节模块主要元器件如表8所示，由运算放大器、贴片电容和可调节电容器组成，可实现电路的电容相位调节，使其满足测量的需求。

表8相位调节模块元器件列表

如图5所示，图5是本发明实施例提供的一种温度测量系统的示意图，温度测量系统包括：包括软件处理模块和电阻测量电路；

所述软件处理模块，用于根据所述电阻测量电路中的锁相放大器模块提取出的电压变化信号，确定所述热敏电阻当前的电阻值；根据所述热敏电阻当前的电阻值，以及预先确定的热敏电阻的电阻值与温度值的对应关系，确定所述热敏电阻当前的环境温度值。

在开始测量之前，需要对热敏电阻进行校准，确定热敏电阻的电阻值与温度值的对应关系ΔT/ΔR。

然后控制惠斯通电桥处于平衡状态，固定热敏电阻的电阻值，进行电桥的欧姆校准，通过调节可变电阻的电阻值，然后获取电桥输出电压，可以获得桥臂阻值变化与电桥输出电压变化的关系ΔR/ΔV。

在开始测量热敏电阻的环境温度值时，固定可变电阻的电阻值，由于热敏电阻的电阻值是随温度变化的，热敏电阻的阻值变化会导致电桥输出电压的变化ΔV，根据上述公式(4)计算可得到热敏电阻的温度变化ΔT，从而得到热敏电阻当前的环境温度值。

上述软件处理模块可以由电子设备的处理器实现，电子设备可以是手机、电脑、服务器等。

可以理解的是，本申请实施例的温度测量系统可以应用于质子束水吸收剂量的测量中，通过温度测量系统测量由质子束导致的水中辐射温升，从而完成质子束水吸收剂量的测量。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于惠斯通电桥的电阻测量电路，其特征在于，所述电阻测量电路包括：惠斯通电桥，所述惠斯通电桥由可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成；所述标准电阻模块包括两个定值电阻，所述可调电阻、热敏电阻和标准电阻模块构成所述惠斯通电桥的四个桥臂；

激励电压输入模块，用于将交流激励信号输入电压跟随模块；

所述电压跟随模块，设置在所述激励电压输入模块和所述惠斯通电桥之间，用于将所述交流激励信号进行隔离和缓冲后，输出给所述惠斯通电桥；

相位调节模块，所述相位调节模块连接所述标准电阻模块，用于调节所述惠斯通电桥内的电压信号的相位，使得所述交流激励信号和所述惠斯通电桥的电压变化信号的相位相同；

电源模块，用于为所述电压跟随模块和所述相位调节模块供电；

锁相放大器模块，用于从所述惠斯通电桥输出的交流激励信号中提取所述惠斯通电桥的电压变化信号；所述电压变化信号表征所述热敏电阻的电阻值的变化量。

2.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，在测量所述热敏电阻的电阻值时，所述可调电阻的电阻值保持不变。

3.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，在测量所述热敏电阻的电阻值之前，通过调整所述可调电阻的电阻值，使得所述惠斯通电桥处于平衡状态。

4.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述电压跟随模块包括：第一运算放大器；所述交流激励电压输入模块接入所述第一运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反向输入端与输出端相连；所述第一运算放大器的输出端连接所述惠斯通电桥。

5.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述标准电阻模块包括串联的第一定值电阻和第二定值电阻，所述第一定值电阻的第一端连接所述电压跟随模块的输出端，所述第二定值电阻的第一端与所述第一定值电阻的第二端连接，所述第二定值电阻的第二端连接所述锁相放大器模块。

6.根据权利要求5所述的电阻测量电路，其特征在于，所述相位调节模块包括：可调电容和第二运算放大器；所述可调电容的第一端连接所述第二运算放大器的反向输入端和所述第一定值电阻与所述第二定值电阻的连接处，所述可调电容的第二端连接所述第二定值电阻的第二端和所述第二运算放大器的输出端。

7.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述电源模块为所述电压跟随模块和所述相位调节模块提供±12V的直流供电。

8.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述锁相放大器模块还用于将所述电压变化信号进行放大处理。

9.根据权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述激励电压输入模块包括锁相放大器，所述锁相放大器用于将所述交流激励信号输入电压跟随模块。

10.一种温度测量系统，其特征在于，包括：包括软件处理模块及如权利要求1至9任一所述的电阻测量电路；

所述软件处理模块，用于根据所述电阻测量电路中的锁相放大器模块提取出的电压变化信号，确定所述热敏电阻当前的电阻值；根据所述热敏电阻当前的电阻值，以及预先确定的热敏电阻的电阻值与温度值的对应关系，确定所述热敏电阻当前的环境温度值。

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