CN203368410U - 可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路 - Google Patents

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高鹏飞
瑚琦
王�琦
季江
朱玉清
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Abstract

本实用新型涉及一种可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，包括I/V转换电路，可编程放大电路，电压跟随电路，A/D转换电路，微控制器，传感器输出的电流信号经I/V转换电路将电流信号转换为电压信号，I/V转换电路输出的电压信号经可编程放大电路放大后分成两路输出，一路经第一电压跟随电路后作为前置放大电路的输出；另一路经第二电压跟随电路后作为反馈信号，经A/D转换电路转换为数字信号送入微控制器，微控制器处理数据输出调节信号到I/V转换电路和可编程放大电路。实时跟踪被测信号的变化，调整放大电路的增益值，保证了电流输出型传感器的灵敏度，提高了测量的准确度。

Description

可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路
技术领域
本实用新型涉及一种信号处理电路，特别涉及一种可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路。
背景技术
电流输出型传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电流信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。通常情况下，传感器直接输出的信号需要进行放大，以提高整个测量系统的灵敏度和精确度。然而，对于传统的测量系统而言，传感器前置放大电路的增益值是固定的，当传感器感受到的被测量信号有较大波动时，其增益值不能够及时变化，导致系统的灵敏度和准确度降低。
发明内容
本实用新型是针对电流输出型传感器被测信号波动大时灵敏度和准确度降低的问题，提出了一种可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，该电路能够实时跟踪被测信号的变化，调整放大电路的增益值，从而提高测量系统的灵敏度和测量结果的准确度。
本实用新型的技术方案为：一种可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，包括I/V转换电路，可编程放大电路，电压跟随电路，A/D转换电路，微控制器，传感器输出的电流信号经I/V转换电路将电流信号转换为电压信号，I/V转换电路输出的电压信号经可编程放大电路放大后分成两路输出，一路经第一电压跟随电路后作为前置放大电路的输出；另一路经第二电压跟随电路后作为反馈信号，经A/D转换电路转换为数字信号送入微控制器，微控制器处理数据输出调节信号到I/V转换电路和可编程放大电路。
所述I/V转换电路包括集成运算放大器和两个数字电位器，传感器输出电流输入集成运算放大器反相端，集成运算放大器反相端与输出端之间接第一个数字电位器，集成运算放大器同相端通过第二个数字电位器接地，微控制器输出控制两个数字电位器阻值。
所述可编程放大电路包括集成运算放大器、两个电阻、两个数字电位器，集成运算放大器反相端和同相端分别接阻值相同的电阻，集成运算放大器的集成运算放大器反相端与输出端之间接第三个数字电位器，集成运算放大器同相端通过第四个数字电位器接地，微控制器输出控制两个数字电位器阻值。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，实时跟踪被测信号的变化，调整放大电路的增益值，保证了电流输出型传感器的灵敏度，提高了测量的准确度。
附图说明
图1为本实用新型可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路结构框图；
图2为本实用新型可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路中I/V转换电路图；
图3为本实用新型可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路中可编程放大电路图；
图4为本实用新型可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路中电压跟随电路图。
具体实施方式
如图1所示可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路结构框图，传感器输出的电流信号经I/V转换电路后，将电流信号转换为电压信号，转换后的电压信号经可编程放大电路放大后分成两路，一路经电压跟随电路后作为前置放大电路的输出；另一路经电压跟随电路后作为反馈信号，经A/D转换后进入微控制器，微控制器根据输入的信号大小来判断放大电路的增益是否合适，如果合适，保持当前电路中的放大倍数不变，否则，调节I/V转换电路和可编程放大电路的放大倍数，将整个放大电路的输出幅值控制在合适的范围内。该电路除了能可自动进行增益调节外，测量系统的微处理器可以通过输入输出控制端口读取当前放大电路的增益值，也可以通过输入输出控制端口设置放大电路的增益傎，以便于进行数据分析和处理。
图2所示为I/V转换电路图，U1为集成运算放大器，R1、R2为数字电位器，传感器输出的电流从IN端输入，根据运算放大器的虚断性质，电流经过R1后转换为电压信号，电压幅值大小与R1的阻值有关，故可以通过调节R1的值来调节I/V转换电路的放大倍数。图2中，R1和R2选择同样的数字电位器，控制信号也相同，由此以来，R1与R2相等，使运放同相端和反相端的输入电阻相同，可减少失调电压，提高被测量信号的准确度。
图3所示可编程放大电路图，由集成运算放大器、电阻、数字电位器组成差分输入放大电路，提高了电路的共模抑制比，取R11=R13，R12=R14，则该电路的放大倍数为R12/R11，由于R11、R13的阻值固定，故可通过微控制器调节R12、R14的阻值，即可达到调节电路放大倍数的目的。运放的同相输入端和反相输入端输入电阻始终相同，从而保证了该电路有很高的共模抑制比，同时能够抑制温漂误差。
图4为电压跟随电路图，它具有很高的输入阻抗和极低的输出阻抗，利用电压跟随电路将输出部分和反馈部分相隔离，避免了两者的串扰。同时，也将输出端与前面的电路部分相隔离，避免了输出端之后的电路部分对前者的影响。
AD转换电路用来将模拟的电压信号转换为数字的电压信号，便于微处理器进行数据处理。AD转换器件可以根据系统应用场合的不同选用不同的精度和转换速度以及参考电压。为了防止AD转换器输入端电压幅值过高时对器件造成损坏，在所选择的AD转换器输入端应加入限幅电路进行保护，限幅值可与参考电压相同。
放大电路有两种工作模式，一种是自动增益模式，一种是固定增益模式，测量系统可以采用串口、I2C或SPI等协议来与微控制器通迅，控制放大电路的工作状态。
在固定增益模式下，测量系统通过图1中的输入输出控制端口设定放大电路增益值。在自动增益模式下，微处理器控制电路将一定积分时间内的采样值求平均，根据所得平均值的大小来判定电路输出端的电压是否在最佳测量范围内，若刚好在最付佳测量范围内，保持I/V转换电路和可编程放大电路的参数不变；否则，当平均值较小时，增加放大倍数，当平均值较大时，降低放大倍数。

Claims (3)

1.一种可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，其特征在于，包括I/V转换电路，可编程放大电路，电压跟随电路，A/D转换电路，微控制器，传感器输出的电流信号经I/V转换电路将电流信号转换为电压信号，I/V转换电路输出的电压信号经可编程放大电路放大后分成两路输出，一路经第一电压跟随电路后作为前置放大电路的输出；另一路经第二电压跟随电路后作为反馈信号，经A/D转换电路转换为数字信号送入微控制器，微控制器处理数据输出调节信号到I/V转换电路和可编程放大电路。
2.根据权利要求1所述可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，其特征在于，所述I/V转换电路包括集成运算放大器和两个数字电位器，传感器输出电流输入集成运算放大器反相端，集成运算放大器反相端与输出端之间接第一个数字电位器，集成运算放大器同相端通过第二个数字电位器接地，微控制器输出控制两个数字电位器阻值。
3.根据权利要求1所述可自动增益调节的电流输出型传感器前置放大电路，其特征在于，所述可编程放大电路包括集成运算放大器、两个电阻、两个数字电位器，集成运算放大器反相端和同相端分别接阻值相同的电阻，集成运算放大器的集成运算放大器反相端与输出端之间接第三个数字电位器，集成运算放大器同相端通过第四个数字电位器接地，微控制器输出控制两个数字电位器阻值。
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