CN116679125B - 利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，所述测量电路主体的内部安装有被测脉冲转换电路，所述被测脉冲转换电路包括多谐振荡器和分频电路一；所述电阻一包括电阻R1和应变电阻RYB，所述电容一包括电容C1，所述电容二包括电容C2，所述电阻R1接于555定时器的电源端与D端之间，所述应变电阻RYB接于555定时器D端和UTR端之间，所述电容C1接于555定时器CO端和接地端之间，所述电容C2接于555定时器3UTR端和接地端之间。本发明通过设置有测量电路主体、多谐振荡器和555定时器，R1、RYB应采用正、负温度系数双电阻串联的方式自带温度补偿，C2应采用正、负温度系数双电容并联的方式自带温度补偿，降低温度对测量结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及以应变电阻为传感器进行测量的技术领域，具体为利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置。
背景技术
应变电阻测量常用的电路为桥式电路，将应变电阻的变化转化为桥式电路不平衡电位差，将该电位差放大并通过压频转换电路转化为频率信号，这种方法的缺点是放大信号与应变电阻之间为非线性关系，且放大倍数受到电路基准电压的限制，从而限制了测量精度的提高。
现有的应变电阻测量电路装置存在的缺陷是：
1、专利文件CN216118413U，提供了一种时间测量电路。该时间测量电路包括：前端调理电路和后端测量电路，所述前端调理电路和所述后端测量电路连接；其中，所述前端调理电路用于接收待测的模拟信号并输出待测的数字信号；所述后端测量电路用于接收所述待测的数字信号以对所述待测的数字信号进行时间测量。基于该实用新型提供的技术方案，避免了线缆传输过程对模拟信号的衰减，以提高时间测量的准确性，但是上述公开文件中的时间测量电路主要考虑如何提高时间测量的准确性，并没有考虑到现有的利用应变电阻测量电路装置在使用时并未设置温度补偿结构的问题；
2、专利文件CN209446074U，公开了一种测量电路。测量电路包括传感模块矩阵。传感模块矩阵包括多个阻抗行和多个阻抗列。所述多个阻抗行和所述多个阻抗列绝缘交叉形成多个传感模块。每个所述传感模块包括一个所述第一阻抗单元、一个所述第二阻抗单元和一个传感单元。传感单元为高阻态，多个阻抗行与多个阻抗列之间不导通。当一个传感单元受到外界激励时，传感单元的阻抗值减小。传感单元电连接的阻抗行和阻抗列导通。测量电路仅有一个阻抗行和一个阻抗列导通，其他多个阻抗行和其他多个阻抗列都不导通。进而，测量电路避免了逐行逐列扫描，提高了响应速度，但是上述公开文件中的测量电路主要考虑如何提高测量的响应速度，并没有考虑到现有的利用应变电阻测量电路装置在使用时测量精度较差的问题；
3、专利文件CN208172098U，公开了相位角差测量电路装置。本产品其组成包括：限流限压电路，所述的限流限压电路连接过零比较电路，所述的过零比较电路连接触发电路。该实用新型用于相位角差测量电路，但是上述公开文件中的相位角差测量电路装置主要考虑如何提高测量的可靠性，并没有考虑到现有的利用应变电阻测量电路装置在使用时测量方式较为单一的问题；
4、专利文件CN114518476A，提供了一种信号测量电路装置，包含一电路板结构以及由该电路板结构所形成的一多导体传输线段、一高频测量探点段及一转换段，其中该转换段设置介于该多导体传输线段及该高频测量探点段之间以连接至该多导体传输线段及该高频测量探点段。该高频测量探点段包含一组高频测量探点；该组高频测量探点设置在该电路板结构的一第一金属层上以接触一高频探针以传输一高频信号。该电路板结构的一第二金属层定义一开槽；该开槽对应于该高频测量探点段及该转换段设置以协助该高频探针及该多导体传输线段之间的一模态转换，但是上述公开文件中的信号测量电路装置主要考虑如何减少模态转换的损耗以提高高频测量的准确度，并没有考虑到现有的利用应变电阻测量电路装置在使用时并不方便调节延时清零的时间，灵活性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括测量电路主体，所述测量电路主体的内部安装有被测脉冲转换电路，且被测脉冲转换电路用于将应变电阻阻值的变化转换为被测脉冲周期的变化，所述被测脉冲转换电路包括多谐振荡器和分频电路一；
所述多谐振荡器由电阻一、555定时器、电容一和电容二组成，所述电阻一包括电阻R1和应变电阻RYB，所述电容一包括电容C1，所述电容二包括电容C2，所述分频电路一包括分频器，所述电阻R1接于555定时器的电源端与D端之间，所述应变电阻RYB接于555定时器D端和UTR端之间，所述电容C1接于555定时器CO端和接地端之间，所述电容C2接于555定时器3UTR端和接地端之间；
所述分频电路一采用3级10分频由3个10分频器串接而成。
优选的，所述测量电路主体的内部安装有填充脉冲发生电路，且填充脉冲发生电路用于对门控脉冲进行填充，对门控脉冲进行填充包括石英晶体振荡器、过零电压比较器和倍频电路，石英晶体振荡器的内部包括电阻二、三极管、石英晶体一和电容三，其中电阻二为R5、R6、R7、R8、R9和R10，三极管为V1和V2，电容三由C4组成，过零电压比较器包括电阻三、集成运算放大器IC和稳压二极管D2，其中电阻三包括R11、R12和R13，R5和R7的一端均与V2的集电极接电源，R5的另一端和R6的一端与V1的基极，R7的另一端接V1的集电极与V2的基极，V1的发射极接R8的一端与R9的一端，石英晶体一的一端接R9的另一端，石英晶体一的另一端接C4的一端，V2的发射极接R10的一端，R6的另一端、R8的另一端与R10的另一端接地，C4的另一端与过零电压比较器的R11连接，向过零电压比较器输出正弦波，集成运算放大器IC的同相输入端接R12的一端，集成运算放大器IC的反相输入端接R11的一端，R11的另一端接石英晶体振荡器内的C4，R12的另一端接地，集成运算放大器IC的输出端接R13的一端，稳压二极管D2的阳极接地，R13与稳压二极管D2用于将集成运算放大器IC输出的“1”、“-1”转换为“1”、“0”，并对“1”进行限幅，使之与数字电路的电平相容。
优选的，所述倍频电路包括锁相环和分频电路二，锁相环的信号输入端与稳压二极管D2的阴极相连，R13的另一端接稳压二极管D2的阴极与倍频电路的输入端，锁相环的输出端接分频电路二22的输入端，分频电路二的输出端接锁相环的反馈信号输入端。
优选的，所述测量电路主体的内部安装有门控电路，门控电路包括门控脉冲形成电路和清零延时电路，门控脉冲形成电路用于将被测脉冲的周期转换为门控脉冲的宽度，门控脉冲形成电路包括集成D触发器和集成与门G2，集成D触发器包括F1和F2，集成与门G2的一个输入端接分频电路一的输出端，集成与门G2的输出端接F1的CP端，F1的端与D1端相连并接F2的CP端，F2的/>端与D2端相连并接集成与门G2的另一个输入端，清零延时电路用于外界的计数器对前一个门控脉冲的填充脉冲完成计数后延时清零使计数及由计数换算得到的被测量值能清晰显示，同时将门控电路的两个集成D触发器置零，使门控电路回复到将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲的初始状态，退出清零后门控电路开始将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲，清零延时电路包括集成非门电路G3、二极管D1、电阻四、电容四，电阻四由R2、R3和R4组成，电容四为C3，R2的一端接门控电路中F2的/>端，R2的另一端接R3的一端、R3的可调端和二极管D1的阳极，R3的另一端与R4的一端、C3的一端和二极管D1的阴极相连，C3的另一端接地，R4的另一端接集成非门电路G3的输入端，集成非门电路G3的输出端与门控电路中F1的R端、F2的R端相连，并接计数器清零端，测量电路主体的顶部安装有显示屏和均匀布置的散热孔，测量电路主体的输出端安装有测量接线。
优选的，所述3个串接的10分频器中的第1级10分频器由集成计数器一与集成非门电路G1组成，端与电源端相连，OUT端输出矩形脉冲至第1级10分频器的CP端，其频率由电阻R1、应变电阻RYB、电容C2共同决定，电容C1＝0.01μF，用于防止干扰信号的串入，计数器输出端CO接集成非门电路G1输入端，计数器/>端接集成非门电路G1输出端，计数器CR端置“1”，D3端置“0”，D2端置“1”，D1端置“1”，D0端置“0”，CTT端与CTP端相连并置“1”。
优选的，所述电阻R1和应变电阻RYB应采用正、负温度系数双电阻串联的方式自带温度补偿，电容C2应采用正、负温度系数双电容并联的方式自带温度补偿。
优选的，所述多谐振荡器的振荡频率为：
式中R1——接于555定时器电源端与D端之间的电阻的阻值；
RYB——接于555定时器D端和UTH端之间的应变电阻的阻值；
C——接于555定时器UTR端和接地端之间的电容器的电容值；
对f0进行分频，分频倍数为k，则分频脉冲的频率为：
将分频脉冲转换为门控脉冲，门控脉冲的宽度等于分频脉冲的周期，以石英晶体振荡器产生的脉冲经倍频后对门控脉冲进行填充并送计数器计数，设填充脉冲的频率为fCP，则填充脉冲数为：
设应变电阻阻值与被测量x的函数关系为：
RYB＝g(x) (4)
将式(4)代入式(3)可得：
其中式(5)为测量模型；
实际应用中，将由实验得到的x的标准值xB与对应的填充计数nB形成数据表，将该数据表输入单片机，测量时单片机可利用该数据表由测得的n计算出对应的X；
由测量模型可见，填充脉冲计数与应变电阻阻值为线性关系，只要选择合适的k、C、fCP即可保证测量的分辨力，在计数器可承受的频率范围内增大填充脉冲的频率fCP，提高测量精度。
优选的，所述测量电路主体的内部安装有主控门，主控门为集成与门G4，集成与门G4用于将门控脉冲的填充脉冲输入计数器进行计数，集成与门G4的其中一个输入端接锁相环的输出端，集成与门G4的另一个输入端接门控脉冲形成电路中集成D触发器中F1的Q1端，集成与门G4的输出端接计数器输入端。
优选的，该测量电路装置的工作方法如下：
S1、初始状态：
开机时，电容C3两端为零电平，经集成非门电路G3输出高电平清零信号，将F1、F2置零，同时将计数器清零，F2置零后将集成与门G2打开，同时此高电平经R2对C3充电，C3充电后，使集成非门电路G3输出低电平，退出清零；
S2、取样：
第一个被测脉冲使F1的Q1＝1，开启主控门上的集成与门G4，填充脉冲开始通过集成与门G4输入计数器，第二个被测脉冲到来时，使Q1＝0，关闭主控
门集成与门G4，停止计数，同时，由0变成1，使F2翻转，/>由1变成0，将集成与门G2关闭，至此，取样过程结束；
S3、延时清零：
因由1变成0，使C3经R3的可调部分和R2放电，最终使集成非门电路G3的输出由0翻转为1，将计数器清零，同时将F1、F2置零；
S4、回复初始状态：
F2置零后使集成非门电路G3输出低电平，退出清零，门控电路回复初始状态，开始下一次取样，循此往复，不断测出填充脉冲数，并由单片机将其换算为被测量的量值，并显示在显示屏上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过安装有测量电路主体、555定时器、电容一、电容二、电阻一、分频器和集成计数器一，555定时器的OUT端输出矩形脉冲至第1级10分频器的CP端，其频率由R1、RYB和C2共同决定，C1＝0.01μF，用于防止干扰信号的串入，为消除温度变化对测量结果的影响，R1、RYB应采用正、负温度系数双电阻串联的方式自带温度补偿，C2应采用正、负温度系数双电容并联的方式自带温度补偿。
2、本发明通过安装有石英晶体振荡器、石英晶体一、过零电压比较器、电阻三和集成运算放大器IC，经过门控电路进行处理得到宽度与分频脉冲周期相等的门控脉冲，对门控脉冲进行填充计数，该计数与应变电阻阻值为线性关系。在计数器可接受的频率范围内增大填充脉冲的频率fCP，可最大限度地提高测量精度。
3、本发明通过安装有倍频电路、分频电路二、锁相环和集成非门电路G3，通过更换分频电路和锁相环的连接位置和放置，利用不同的算法对应变电阻进行测量，从而提高测量的多样性。
4、本发明通过安装有清零延时电路和门控脉冲形成电路，推荐R2＝100kΩ，R3＝2.2MΩ，R4＝100kΩ，C3＝10μF，通过调节清零延时电路中电阻四内的R3，能够在较大范围内调节延时清零时间，提高该测量电路装置使用时的灵活性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的平面图；
图3为本发明的电路结构示意图；
图4为本发明的正负量程零位的应变电阻测量电路图；
图5为本发明的正负量程的应变电阻测量电路图；
图6为本发明的整体结构系统图；
图7为本发明的被测脉冲转换电路的系统图；
图8为本发明的填充脉冲发生电路的系统图；
图9为本发明的门控电路的系统图。
图中：1、测量电路主体；2、多谐振荡器；3、555定时器；4、电容一；5、电容二；6、电阻一；7、分频电路一；8、分频器；9、集成非门电路G1；10、集成计数器一；11、石英晶体振荡器；12、电阻二；13、三极管；14、石英晶体一；15、电容三；16、过零电压比较器；17、电阻三；18、集成运算放大器IC；19、稳压二极管D2；20、集成与门G4；21、倍频电路；22、分频电路二；23、锁相环；24、集成非门电路G3；25、清零延时电路；26、二极管D1；27、电阻四；28、电容四；29、门控脉冲形成电路；30、集成D触发器；31、集成与门G2；32、测量接线；33、显示屏；34、散热孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；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发明中的具体含义。
请参阅图1、图2、图3和图8，本发明提供的一种实施例：利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括测量电路主体1的内部安装有被测脉冲转换电路，且被测脉冲转换电路用于将应变电阻阻值的变化转换为被测脉冲周期的变化，被测脉冲转换电路包括多谐振荡器2和分频电路一7，多谐振荡器2由电阻一6、555定时器3、电容一4和电容二5组成，电阻一6包括电阻R1和应变电阻RYB，电容一4包括电容C1，电容二5包括电容C2，分频电路一7包括分频器8，电阻R1接于555定时器3的电源端与D端之间，应变电阻RYB接于555定时器3D端和UTR端之间，电容C1接于555定时器3CO端和接地端之间，电容C2接于555定时器3UTR端和接地端之间，分频电路一7采用3级10分频由3个10分频器8串接而成，3个串接的10分频器8中的第1级10分频器8由集成计数器一10与集成非门电路G19组成，端与电源端相连，OUT端输出矩形脉冲至第1级10分频器8的CP端，其频率由电阻R1、应变电阻RYB、电容C2共同决定，电容C1＝0.01μF，用于防止干扰信号的串入，计数器输出端CO接集成非门电路G19输入端，计数器/>端接集成非门电路G19输出端，计数器/>端置“1”，D3端置“0”，D2端置“1”，D1端置“1”，D0端置“0”，CTT端与CTP端相连并置“1”，电阻R1和应变电阻RYB应采用正、负温度系数双电阻串联的方式自带温度补偿，电容C2应采用正、负温度系数双电容并联的方式自带温度补偿。
请参阅图4和图5，本发明提供的一种实施例：利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括测量电路主体1的内部安装有填充脉冲发生电路，且填充脉冲发生电路用于对门控脉冲进行填充，对门控脉冲进行填充包括石英晶体振荡器11、过零电压比较器16和倍频电路21，石英晶体振荡器11的内部包括电阻二12、三极管13、石英晶体一14和电容三15，其中电阻二12为R5、R6、R7、R8、R9和R10，三极管13为V1和V2，电容三15由C4组成，过零电压比较器16包括电阻三17、集成运算放大器IC18和稳压二极管D219，其中电阻三17包括R11、R12和R13，R5和R7的一端均与V2的集电极接电源，R5的另一端和R6的一端与V1的基极，R7的另一端接V1的集电极与V2的基极，V1的发射极接R8的一端与R9的一端，石英晶体一14的一端接R9的另一端，石英晶体一14的另一端接C4的一端，V2的发射极接R10的一端，R6的另一端、R8的另一端与R10的另一端接地，C4的另一端与过零电压比较器16的R11连接，向过零电压比较器16输出正弦波，集成运算放大器IC18的同相输入端接R12的一端，集成运算放大器IC18的反相输入端接R11的一端，R11的另一端接石英晶体振荡器11内的C4，R12的另一端接地，集成运算放大器IC18的输出端接R13的一端，稳压二极管D219的阳极接地，R13与稳压二极管D219用于将集成运算放大器IC18输出的“1”、“-1”转换为“1”、“0”，并对“1”进行限幅，使之与数字电路的电平相容，倍频电路21包括锁相环23和分频电路二22，锁相环23的信号输入端与稳压二极管D219的阴极相连，R13的另一端接稳压二极管D219的阴极与倍频电路21的输入端，锁相环23的输出端接分频电路二22的输入端，分频电路二22的输出端接锁相环23的反馈信号输入端。
进一步，利用减法运算电路将该负电压与另一可调负电压相减并差值放大后，将放大的差值电压再进行放大，获得最终输出电压，将最终输出电压转换为频率信号，该频率信号与应变电阻阻值为线性关系，对频率信号进行计数即可对应变电阻进行测量。
请参阅图6和图9，本发明提供的一种实施例：利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括测量电路主体1的内部安装有门控电路，门控电路包括门控脉冲形成电路29和清零延时电路25，门控脉冲形成电路29用于将被测脉冲的周期转换为门控脉冲的宽度，门控脉冲形成电路29包括集成D触发器30和集成与门G231，集成D触发器30包括F1和F2，集成与门G231的一个输入端接分频电路一7的输出端，集成与门G231的输出端接F1的____
CP端，F1的Q1端与D1端相连并接F2的CP端，F2的Q2端与D2端相连并接集成与门G231的另一个输入端，清零延时电路25用于外界的计数器对前一个门控脉冲的填充脉冲完成计数后延时清零使计数及由计数换算得到的被测量值能清晰显示，同时将门控电路的两个集成D触发器30置零，使门控电路回复到将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲的初始状态，退出清零后门控电路开始将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲，清零延时电路25包括集成非门电路G324、二极管D126、电阻四27、电容四28，电阻四27由R2、R3和R4组成，电容四28为C3，R2的一端接门控电路中F2的端，R2的另一端接R3的一端、R3的可调端和二极管D126的阳极，R3的另一端与R4的一端、C3的一端和二极管D126的阴极相连，C3的另一端接地，R4的另一端接集成非门电路G324的输入端，集成非门电路G324的输出端与门控电路中F1的R端、F2的R端相连，并接计数器清零端，测量电路主体1的顶部安装有显示屏33和均匀布置的散热孔34，测量电路主体1的输出端安装有测量接线32，测量电路主体1的内部安装有主控门，主控门为集成与门G420，集成与门G420用于将门控脉冲的填充脉冲输入计数器进行计数，集成与门G420的其中一个输入端接锁相环23的输出端，集成与门G420的另一个输入端接门控脉冲形成电路29中集成D触发器30中F1的Q1端，集成与门G420的输出端接计数器输入端。
进一步，推荐R2＝100kΩ，R3＝2.2MΩ，R4＝100kΩ，C3＝10μF，调节R3，可在较大范围内调节延时清零时间。
请参阅图7，本发明提供的一种实施例：利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括多谐振荡器2的振荡频率为：
式中R1——接于555定时器3电源端与D端之间的电阻的阻值；
RYB——接于555定时器3D端和UTH端之间的应变电阻的阻值；
C——接于555定时器3UTR端和接地端之间的电容器的电容值；
对f0进行分频，分频倍数为k，则分频脉冲的频率为：
将分频脉冲转换为门控脉冲，门控脉冲的宽度等于分频脉冲的周期，以石英晶体振荡器11产生的脉冲经倍频后对门控脉冲进行填充并送计数器计数，设填充脉冲的频率为fCP，则填充脉冲数为：
设应变电阻阻值与被测量x的函数关系为：
RYB＝g(x) (4)
将式(4)代入式(3)可得：
其中式(5)为测量模型；
实际应用中，将由实验得到的x的标准值xB与对应的填充计数nB形成数据表，将该数据表输入单片机，测量时单片机可利用该数据表由测得的n计算出对应的X；
由测量模型可见，填充脉冲计数与应变电阻阻值为线性关系，只要选择合适的k、C、fCP即可保证测量的分辨力，在计数器可承受的频率范围内增大填充脉冲的频率fCP，提高测量精度。
进一步，该测量电路装置的工作方法如下：
S1、初始状态：
开机时，电容C3两端为零电平，经集成非门电路G324输出高电平清零信号，将F1、F2置零，同时将计数器清零，F2置零后将集成与门G231打开，同时此高电平经R2对C3充电，C3充电后，使集成非门电路G324输出低电平，退出清零；
S2、取样：
第一个被测脉冲使F1的Q1＝1，开启主控门上的集成与门G420，填充脉冲开始通过集成与门G420输入计数器，第二个被测脉冲到来时，使Q1＝0，关闭主控门集成与门G420，停止计数，同时，由0变成1，使F2翻转，/>由1变成0，将集成与门G231关闭，至此，取样过程结束；
S3、延时清零：
因由1变成0，使C3经R3的可调部分和R2放电，最终使集成非门电路G324的输出由0翻转为1，将计数器清零，同时将F1、F2置零；
S4、回复初始状态：
F2置零后使集成非门电路G324输出低电平，退出清零，门控电路回复初始状态，开始下一次取样，循此往复，不断测出填充脉冲数，并由单片机将其换算为被测量的量值，并显示在显示屏33上。
工作原理：利用555定时器3组成多谐振荡器2产生矩形脉冲，应变电阻接于555定时器3的D端和UTH端之间，当组成多谐振荡器2的其它电阻的阻值、电容器的电容值不变时，该矩形脉冲的频率仅随应变电阻阻值的改变而改变，以适当的分频倍数对上述矩形脉冲进行分频，得到分频脉冲，再经过门控电路进行处理就能得到宽度与分频脉冲的周期相等的门控脉冲，以石英晶体振荡器11产生矩形脉冲，以倍频电路21对该脉冲进行倍频后作为填充脉冲，经集成与门G4对门控脉冲进行填充，由外接的计数器对填充脉冲进行计数，当被测量的量值发生变化时，应变电阻的阻值随之改变，多谐振荡器2输出的脉冲频率随之改变，使得计数器得到的填充脉冲数随之改变。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，包括测量电路主体(1)，其特征在于：所述测量电路主体(1)的内部安装有被测脉冲转换电路，且被测脉冲转换电路用于将应变电阻阻值的变化转换为被测脉冲周期的变化，所述被测脉冲转换电路包括多谐振荡器(2)和分频电路一(7)；
所述多谐振荡器(2)由电阻一(6)、555定时器(3)、电容一(4)和电容二(5)组成，所述电阻一(6)包括电阻R1和应变电阻RYB，所述电容一(4)包括电容C1，所述电容二(5)包括电容C2，所述分频电路一(7)包括分频器(8)，所述电阻R1接于555定时器(3)的电源端与D端之间，所述应变电阻RYB接于555定时器(3)D端和UTR端之间，所述电容C1接于555定时器(3)CO端和接地端之间，所述电容C2接于555定时器(3)UTR端和接地端之间；
所述分频电路一(7)采用3级10分频由3个10分频器(8)串接而成；
所述测量电路主体(1)的内部安装有填充脉冲发生电路，且填充脉冲发生电路用于对门控脉冲进行填充，对门控脉冲进行填充包括石英晶体振荡器(11)、过零电压比较器(16)和倍频电路(21)，石英晶体振荡器(11)的内部包括电阻二(12)、三极管(13)、石英晶体一(14)和电容三(15)，其中电阻二(12)为R5、R6、R7、R8、R9和R10，三极管(13)为V1和V2，电容三(15)由C4组成，过零电压比较器(16)包括电阻三(17)、集成运算放大器IC(18)和稳压二极管D2(19)，其中电阻三(17)包括R11、R12和R13，R5和R7的一端均与V2的集电极接电源，R5的另一端和R6的一端与V1的基极，R7的另一端接V1的集电极与V2的基极，V1的发射极接R8的一端与R9的一端，石英晶体一(14)的一端接R9的另一端，石英晶体一(14)的另一端接C4的一端，V2的发射极接R10的一端，R6的另一端、R8的另一端与R10的另一端接地，C4的另一端与过零电压比较器(16)的R11连接，向过零电压比较器(16)输出正弦波，集成运算放大器IC(18)的同相输入端接R12的一端，集成运算放大器IC(18)的反相输入端接R11的一端，R11的另一端接石英晶体振荡器(11)内的C4，R12的另一端接地，集成运算放大器IC(18)的输出端接R13的一端，稳压二极管D2(19)的阳极接地，R13与稳压二极管D2(19)用于将集成运算放大器IC(18)输出的“1”、“-1”转换为“1”、“0”，并对“1”进行限幅，使之与数字电路的电平相容；
所述倍频电路(21)包括锁相环(23)和分频电路二(22)，锁相环(23)的信号输入端与稳压二极管D2(19)的阴极相连，R13的另一端接稳压二极管D2(19)的阴极与倍频电路(21)的输入端，锁相环(23)的输出端接分频电路二(22)的输入端，分频电路二(22)的输出端接锁相环(23)的反馈信号输入端。
2.根据权利要求1所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，其特征在于：所述测量电路主体(1)的内部安装有门控电路，门控电路包括门控脉冲形成电路(29)和清零延时电路(25)，门控脉冲形成电路(29)用于将被测脉冲的周期转换为门控脉冲的宽度，门控脉冲形成电路(29)包括集成D触发器(30)和集成与门G2(31)，集成D触发器(30)包括F1和F2，集成与门G2(31)的一个输入端接分频电路一(7)的输出端，集成与门G2(31)的输出端接F1的CP端，F1的端与D1端相连并接F2的CP端，F2的/>端与D2端相连并接集成与门G2(31)的另一个输入端，清零延时电路(25)用于外界的计数器对前一个门控脉冲的填充脉冲完成计数后延时清零使计数及由计数换算得到的被测量值能清晰显示，同时将门控电路的两个集成D触发器(30)置零，使门控电路回复到将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲的初始状态，退出清零后门控电路开始将下一个到来的被测脉冲转换为门控脉冲，清零延时电路(25)包括集成非门电路G3(24)、二极管D1(26)、电阻四(27)、电容四(28)，电阻四(27)由R2、R3和R4组成，电容四(28)为C3，R2的一端接门控电路中F2的/>端，R2的另一端接R3的一端、R3的可调端和二极管D1(26)的阳极，R3的另一端与R4的一端、C3的一端和二极管D1(26)的阴极相连，C3的另一端接地，R4的另一端接集成非门电路G3(24)的输入端，集成非门电路G3(24)的输出端与门控电路中F1的R端、F2的R端相连，并接计数器清零端，测量电路主体(1)的顶部安装有显示屏(33)和均匀布置的散热孔(34)，测量电路主体(1)的输出端安装有测量接线(32)。
3.根据权利要求1所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，其特征在于：所述3个串接的10分频器(8)中的第1级10分频器(8)由集成计数器一(10)与集成非门电路G1(9)组成，端与电源端相连，OUT端输出矩形脉冲至第1级10分频器(8)的CP端，其频率由电阻R1、应变电阻RYB、电容C2共同决定，电容C1＝0.01μF，用于防止干扰信号的串入，计数器输出端CO接集成非门电路G1(9)输入端，计数器/>端接集成非门电路G1(9)输出端，计数器/>端置“1”，D3端置“0”，D2端置“1”，D1端置“1”，D0端置“0”，CTT端与CTP端相连并置“1”。
4.根据权利要求1所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，其特征在于：所述电阻R1和应变电阻RYB应采用正、负温度系数双电阻串联的方式自带温度补偿，电容C2应采用正、负温度系数双电容并联的方式自带温度补偿。
5.根据权利要求1所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，其特征在于：所述多谐振荡器(2)的振荡频率为：
式中R1——接于555定时器(3)电源端与D端之间的电阻的阻值；
RYB——接于555定时器(3)D端和UTH端之间的应变电阻的阻值；
C——接于555定时器(3)UTR端和接地端之间的电容器的电容值；
对f0进行分频，分频倍数为k，则分频脉冲的频率为：
将分频脉冲转换为门控脉冲，门控脉冲的宽度等于分频脉冲的周期，以石英晶体振荡器(11)产生的脉冲经倍频后对门控脉冲进行填充并送计数器计数，设填充脉冲的频率为fCP，则填充脉冲数为：
设应变电阻阻值与被测量x的函数关系为：
RYB＝g(x) (4)
将式(4)代入式(3)可得：
其中式(5)为测量模型；
实际应用中，将由实验得到的x的标准值xB与对应的填充计数nB形成数据表，将该数据表输入单片机，测量时单片机可利用该数据表由测得的n计算出对应的X；
由测量模型可见，填充脉冲计数与应变电阻阻值为线性关系，只要选择合适的k、C、fCP即可保证测量的分辨力，在计数器可承受的频率范围内增大填充脉冲的频率fCP，提高测量精度。
6.根据权利要求2所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置，其特征在于：所述测量电路主体(1)的内部安装有主控门，主控门为集成与门G4(20)，集成与门G4(20)用于将门控脉冲的填充脉冲输入计数器进行计数，集成与门G4(20)的其中一个输入端接锁相环(23)的输出端，集成与门G4(20)的另一个输入端接门控脉冲形成电路(29)中集成D触发器(30)中F1的Q1端，集成与门G4(20)的输出端接计数器输入端。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的利用多谐振荡器产生被测信号的应变电阻测量电路装置的使用方法，其特征在于，该测量电路装置的工作方法如下：
S1、初始状态：
开机时，电容C3两端为零电平，经集成非门电路G3(24)输出高电平清零信号，将F1、F2置零，同时将计数器清零，F2置零后将集成与门G2(31)打开，同时此高电平经R2对C3充电，C3充电后，使集成非门电路G3(24)输出低电平，退出清零；
S2、取样：
第一个被测脉冲使F1的Q1＝1，开启主控门上的集成与门G4(20)，填充脉冲开始通过集成与门G4(20)输入计数器，第二个被测脉冲到来时，使Q1＝0，关闭主控门集成与门G4(20)，停止计数，同时，由0变成1，使F2翻转，/>由1变成0，将集成与门G2(31)关闭，至此，取样过程结束；
S3、延时清零：
因由1变成0，使C3经R3的可调部分和R2放电，最终使集成非门电路G3(24)的输出由0翻转为1，将计数器清零，同时将F1、F2置零；
S4、回复初始状态：
F2置零后使集成非门电路G3(24)输出低电平，退出清零，门控电路回复初始状态，开始下一次取样，循此往复，不断测出填充脉冲数，并由单片机将其换算为被测量的量值，并显示在显示屏(33)上。
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Non-Patent Citations (1)
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| 基于555 多谐振荡电路的自动电阻测量仪;邹华东等;长春大学学报;第23卷(第6期);1-4 * |
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Application publication date: 20230901 Assignee: Jiangsu Lanling Technology Co.,Ltd. Assignor: Hai'an comprehensive inspection and Testing Center Contract record no.: X2024980005683 Denomination of invention: A strain resistance measurement circuit device using a multi harmonic oscillator to generate the measured signal Granted publication date: 20240409 License type: Exclusive License Record date: 20240513 |