CN117829057B - 差分变压器谐振电桥电路搭建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种差分变压器谐振电桥电路搭建方法,包括谐振电桥和不少于两个的差分变压器;其中,差分变压器包括一个次级绕组和两个初级绕组,多个差分变压器中的初级绕组的连接方式为同一差分变压器中的两个初级绕组首尾相连,再接入谐振电桥中,或差分变压器中的初级绕组的同名端与其他差分变压器初级绕组的异名端随机相连,再接入谐振电桥中。本发明通过使用多个差分变压器的不同形式的级联,提高谐振电桥在谐振频率处的输出阻抗,提高电桥性能,从而提升系统性能,提高传感器探测能力,以解决变压器参数无法继续提高时,差分变压器谐振电桥性能无法继续提高的问题,实现降低传感器读出噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种差分变压器谐振电桥电路搭建方法。
背景技术
差动变极距式电容位移传感器,已用于引力波探测的惯性传感器的前端电子学中,前端电子学电路一般由谐振电桥、差分变压器、跨阻放大器组成。由于引力波信号为低频微弱信号,要求差动变极距式电容传感器的数据读出噪声小,检测精度高。差分变压器作为该传感器前端电子学的重要组成部分,具有抑制共模噪声、电气隔离等功能,其自身性能参数如工作频率、品质因数Q和电感值L,直接影响传感器读出数据的噪声水平。在工作频率一定的情况下,变压器品质因数Q和变压器电感值L的乘积越大,谐振电桥性能越好,差动变极距式电容传感器数据读出噪声越低,检测精度越高。因此目前当目标频率一定的条件下,提升变压器品质因数Q、电感值L是降低传感器数据读出噪声、提高检测精度的主要途径。
而变压器性能参数受众多因素影响,如磁芯大小、磁芯材料、线圈材料、线圈直径(宽度)、绕制方法、线圈层数、绕组间距离等。目前提升变压器性能的方法,包括以下几种,第一种是选择性能优良的组件,如高品质的磁芯(或铁芯)、绕组材料等其他相关组件;第二种是优化绕组结构,包括绕组直径(宽度)、线圈层数、绕制工艺方法等;第三种是更改变压器尺寸。
在进行变压器设计过程中,为进一步提升其性能,已经进行了尝试,由于受原材料自身性能约束、绕制工艺限制、尺寸约束等,但很难实现参数大幅度提升。也可能当前变压器自身参数性能已经达到当前最优,不能继续提升。这都将导致谐振电桥性能受限,系统读出噪声不能进一步降低,从而影响检测精度提高。
发明内容
本发明为解决上述问题,提供一种差分变压器谐振电桥电路搭建方法,通过使用不少于两个的差分变压器分别级联或交叉连接到谐振电桥的两个桥臂,上来提高谐振电桥性能。
本发明提供的差分变压器谐振电桥电路搭建方法,包括级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法和交叉型差分变压器谐振电桥电路搭建方法;其中,级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法为:
A1:将不少于两个的差分变压器分为第一差分变压器组和第二差分变压器组;
A2:将每个差分变压器的第一初级绕组的同名端和第二初级绕组的异名端级联,组成初级绕组级联电路;
A3:以步骤A2的级联方式将同组的差分变压器的初级绕组级联电路继续级联,此时得到两个总初级绕组级联电路;
A4:将两个总初级绕组级联电路的两端接入谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成次级绕组的级联电路,级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
A5:调整搭建后的差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
交叉型差分变压器谐振电桥电路搭建方法为:
B1:将每个差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的同名端与相邻差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的异名端随机级联;
B2:以步骤B1的连接方式将所有差分变压器进行级联,此时得到两个总初级绕组交叉级联电路;
B3:将两个总初级绕组交叉级联电路的两端接入谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成次级绕组的级联电路,级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
B4:调整搭建后的差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
进一步的,谐振电桥包括激励信号模块、测试质量、激励电极板、第一传感器电极板、第二传感器电极板、第一调谐电容和第二调谐电容;其中,激励信号模块通过激励电极板向测试质量施加激励信号,使测试质量分别与第一传感器电极板和第二传感器电极板形成第一传感电容和第二传感电容;测试质量通过在第一传感器电极板和第二传感器电极板间进行相对运动,使第一传感电容和第二传感电容向差分变压器组输入不同的电流;第一传感器电极板、第一调谐电容、第二调谐电容和第二传感器电极板依次级联;总初级绕组级联电路和/或总初级绕组交叉级联电路与第一调谐电容和第二调谐电容并联。
进一步的,在谐振电桥中,还包括两个调整电容,两个调整电容与总初级绕组级联电路和/或总初级绕组交叉级联电路并联。
与现有技术相比,本发明能够取得如下有益效果:
本发明可在变压器性能参数提升受限、变压器性能已经最优无法继续提高时,通过使用不少于两个的差分放大器以级联和交叉的方式接入谐振电桥电路中,较于单个变压器能有效提高电桥谐振时的阻抗,提高电桥性能,从而提升系统性能,提高传感器探测能力,以解决现有的变压器参数性能提升困难、变压器参数性能已经满足最优设计而无法继续提高时,差分变压器谐振电桥性能无法继续提高的问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的级联型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法的步骤流程图;
图2是根据本发明实施例提供的交叉型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法的步骤流程图;
图3是根据本发明实施例提供的级联型差分变压器谐振电桥电路的电路图;
图4是根据本发明实施例提供的交叉型差分变压器谐振电桥电路的电路图。
附图标记:激励信号模块Vp、测试质量TM、激励电极板a、第一传感器电极板b、第二传感器电极板c、第一调谐电容Ct1、第二调谐电容Ct2、调整电容Ca、第一初级绕组LA、第二初级绕组LB、第一次级绕组LC、第三初级绕组La、第四初级绕组Lb、第二次级绕组Lc、第一解耦电容Cj1、第二解耦电容Cj2、第一反馈电容Cf1、第二反馈电容Cf2、第一反馈电阻Rf1、第二反馈电阻Rf2。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。
本发明提供的差分变压器谐振电桥电路搭建方法,在变压器性能参数提升受限、变压器性能已经最优无法继续提高时,通过使用不少于两个的差分变压器分别连接或交叉连接到谐振电桥的两个桥臂,上来提高谐振电桥性能。
图1和图2分别示出了根据本发明实施例提供的级联型差分变压器谐振电桥电路和交叉型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法的步骤流程。
如图1所示,级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法具体包括以下步骤:
A1:将不少于两个的差分变压器分为第一差分变压器组和第二差分变压器组;
A2:将每个差分变压器的第一初级绕组的同名端和第二初级绕组的异名端级联,组成初级绕组级联电路;
A3:以步骤A2的级联方式将同组的差分变压器的初级绕组级联电路继续级联,此时得到两个总初级绕组级联电路;
A4:将两个总初级绕组级联电路的两端接入谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成次级绕组的级联电路,级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
A5:调整搭建后的差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
如图2所示,交叉型差分变压器谐振电桥电路搭建方法具体包括以下步骤:
B1、将每个差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的同名端与相邻差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的异名端随机级联;
B2:以步骤B1的连接方式将所有差分变压器进行级联,此时得到两个总初级绕组交叉级联电路;
B3:将两个总初级绕组交叉级联电路的两端接入谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成次级绕组的级联电路,级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
B4:调整搭建后的差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
为清楚阐述本发明提供的差分变压器谐振电桥电路搭建方法,在发明实施例中使用两组同参数的差分放大器,每组差分放大器包括两个差分放大器。
图3和图4分别示出了本发明实施例提供的两种差分变压器谐振电桥电路的电路图。
如图3和图4所示,谐振电桥包括激励信号模块Vp、测试质量TM、激励电极板a、第一传感器电极板b、第二传感器电极板c、第一调谐电容Ct1和第二调谐电容Ct2。
激励信号模块Vp通过激励电极板a向测试质量TM施加激励信号,使测试质量TM分别与第一传感器电极板b和第二传感器电极板c形成第一传感电容C1和第二传感电容C2。测试质量TM通过在第一传感器电极板b和第二传感器电极板c间进行相对运动,使第一传感电容C1和第二传感电容C2向差分变压器组输入不同的电流。第一传感器电极板b、第一调谐电容Ct1、第二调谐电容Ct2和第二传感器电极板c依次级联,差分变压器组的初级绕组再分别通过调整电容Ca与第一调谐电容Ct1和第二调谐电容Ct2并联。
第一跨阻放大器包括运算放大器、第一反馈电阻Rf1和第一反馈电容Cf1,第二跨阻放大器包括运算放大器、反馈电阻Rf2和反馈电容Cf2。第一跨阻放大器中运算放大器、第一反馈电阻Rf1和第一反馈电容Cf1并联。第一跨阻放大器中各元件与第二跨阻放大器的连接方式一致。
差分变压器组包括第一差分变压器和差分第二变压器,第一差分变压器包括第一初级绕组LA、第二初级绕组LB和第一次级绕组LC;第二差分变压器包括第三初级绕组La、第四初级绕组Lb和第二次级绕组Lc;第一次级绕组LC的同名端通过第一解耦电容Cj1与第一跨阻放大器相连,第一次级绕组LC的异名端与第二次级绕组Lc的同名端相连,第二次级绕组Lc的异名端通过第二解耦电容Cj2与第二跨阻放大器相连。
两个差分变压器中的初级绕组的连接方式为第一初级绕组LA和第二初级绕组LB首尾相连,第三初级绕组La和第四初级绕组Lb首尾相连,在接入谐振电桥中,如图3所示。或第一初级绕组LA和第二初级绕组LB分别与第三初级绕组La和第四初级绕组Lb随机对应相连,再接入谐振电桥中,如图4所示。且第一变压器和第二变压器的参数接近。
针对本发明实施例中的差分变压器谐振电桥电路,级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法具体包括以下步骤:
A1:搭建差分变压器谐振电桥电路;
A2:将第一初级绕组LA的异名端与第二初级绕组LB的同名端相连;
A3:将第一初级绕组LA的同名端接在第一调谐电容Ct1的一端,第二初级绕组LB的异名端与调整电容Ca级联后接在第一调谐电容Ct1的另一端,使电流依次经过第一初级绕组LA和第二初级绕组LB;
A4:将第三初级绕组La的异名端与第四初级绕组Lb的同名端相连;
A5:将第三初级绕组La的同名端接在第二调谐电容Ct2的一端,第四初级绕组Lb的异名端与调整电容Ca级联后接在第二调谐电容Ct2的另一端,使电流依次经过第三初级绕组La和第四初级绕组Lb;
A6:调整差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
交叉型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法具体包括以下步骤:
B1:搭建差分变压器谐振电桥电路;
B2:将第一初级绕组LA的异名端与第三初级绕组La或第四初级绕组Lb的同名端相连;
B3:将第一初级绕组LA的同名端与接在第一调谐电容Ct1的一端,第三初级绕组La或第四初级绕组Lb的异名端与调整电容Ca级联后接在第一调谐电容Ct1的另一端,使电流依次经过第一初级绕组LA和第三初级绕组La或第四初级绕组Lb;
B4:将第二初级绕组LB的异名端与第四初级绕组Lb或第三初级绕组La的同名端相连;
B5:将第二初级绕组LB的同名端接在第二调谐电容Ct2的一端,第四初级绕组Lb或第三初级绕组La的异名端与调整电容Ca级联后接在第二调谐电容Ct2的另一端,使电流依次经过第二初级绕组LB和第四初级绕组Lb或第三初级绕组La;
B6:调整差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
本发明提供的级联型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法和交叉型差分变压器谐振电桥电路的搭建方法,使用两个及以上的设计参数一致差分变压器,与调谐电容组成差分变压器谐振电桥,在电桥工作的谐振频率处,可以使谐振电路输出阻抗比使用单个变压器时提高。提升谐振电桥性能,从而降低了传感器读出噪声、提高传感器的探测能力。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (3)
1.一种差分变压器谐振电桥电路搭建方法,其特征在于,具体包括级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法和交叉型差分变压器谐振电桥电路搭建方法;其中,所述级联型差分变压器谐振电桥电路搭建方法为:
A1:将不少于两个的差分变压器分为第一差分变压器组和第二差分变压器组;
A2:将每个差分变压器的第一初级绕组的同名端和第二初级绕组的异名端级联,组成初级绕组级联电路;
A3:以所述步骤A2的级联方式将同组的差分变压器的初级绕组级联电路继续级联,此时得到两个总初级绕组级联电路;
A4:将两个总初级绕组级联电路的两端接入谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成所述次级绕组的级联电路,所述级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
A5:调整搭建后的差分变压器谐振电桥电路至谐振状态;
所述交叉型差分变压器谐振电桥电路搭建方法为:
B1:将每个差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的同名端与相邻差分变压器的第一初级绕组或第二初级绕组的异名端随机级联;
B2:以所述步骤B1的连接方式将所有差分变压器进行级联,此时得到两个总初级绕组交叉级联电路;
B3:将两个总初级绕组交叉级联电路的两端接入所述谐振电桥中,所有的差分变压器的次级绕组的异名端与相邻的差分变压器的同名端相连,组成所述次级绕组的级联电路,所述级联电路的两端与外部跨阻放大器相连;
B4:调整搭建后差分变压器谐振电桥电路至谐振状态。
2.根据权利要求1所述的差分变压器谐振电桥电路搭建方法,其特征在于,所述谐振电桥包括激励信号模块、测试质量、激励电极板、第一传感器电极板、第二传感器电极板、第一调谐电容和第二调谐电容;其中,所述激励信号模块通过所述激励电极板向所述测试质量施加激励信号,使所述测试质量分别与所述第一传感器电极板和所述第二传感器电极板形成第一传感电容和第二传感电容;所述测试质量通过在所述第一传感器电极板和所述第二传感器电极板间进行相对运动,使所述第一传感电容和所述第二传感电容向所述差分变压器组输入不同的电流;所述第一传感器电极板、所述第一调谐电容、所述第二调谐电容和所述第二传感器电极板依次级联;所述总初级绕组级联电路和/或所述总初级绕组交叉级联电路与所述第一调谐电容和所述第二调谐电容并联。
3.根据权利要求2所述的差分变压器谐振电桥电路搭建方法,其特征在于,在所述谐振电桥中,还包括两个调整电容,两个调整电容与所述总初级绕组级联电路和/或所述总初级绕组交叉级联电路并联。
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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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GR01 | Patent grant | ||
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