CN208505366U - 一种基于单元计量的电路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及计量领域，尤其是一种基于单元计量的电路系统。所述基于单元计量的电路系统包括电压检测电路、电流检测电路、电容检测电路和信号接收电路，所述电压检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电流检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电容检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连。本实用新型所提供的基于单元计量的电路系统，实现了对电压、电流、电容等参数的同时检测，并且可以适用于多种复杂环境，其结构简单，采用模块化设计，可以将所有元器件集成在一块PCB电路板上利于工业生产，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及计量领域，尤其是一种基于单元计量的电路系统。
背景技术
目前现有的计量检测系统的功能都比较的单一，而且计量及检测的精度不高，设计还比较复杂，给人们的使用带来了极大的不便，并不能够满足人们的实际生产以及实验检测的需要。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于单元计量的电路系统能够同时检测电压、电流、电容等参数，可以适用于多种复杂环境。
为了实现上述目的，本实用新型提供的基于单元计量的电路系统，包括电压检测电路、电流检测电路、电容检测电路和信号接收电路，所述电压检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电流检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电容检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连。
作为本申请一种优选的实施方式，所述信号接收电路包括PIC16F1783型号芯片。
作为本申请一种优选的实施方式，所述电压检测电路包括第一运放U1A和第二运放U2A，外部互感器的输出端通过电阻R1与所述第一运放U1A的同相端相连，所述第一运放U1A的反相端通过一电阻R2后接地，所述第一运放U1A的反相端通过一电位器R3与所述第一运放U1A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端通过一电阻R7与所述第二运放U2A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端与所述电阻R7之间的公共部分通过一电阻R6后接地。
作为本申请一种优选的实施方式，所述第一运放U1A的输出端通过电阻R4与第二运放U2A的同相端相连，电阻R4与第二运放U2A的同相端之间还设置有一第一补偿装置，所述第一补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第一补偿装置的接地端接地，所述第一补偿装置的输出端连接电阻R4与第二运放U2A的同相端之间的公共部分。
作为本申请一种优选的实施方式，所述第一补偿装置为MAX6162型补偿器。
作为本申请一种优选的实施方式，所述电流检测电路包括第三运放U3A和第四运放U4A，互感器的输出端通过电阻R8与所述第三运放U3A的同相端相连，所述第三运放U3A的反相端通过一电阻R9后接地，所述第三运放U3A的反相端通过一电位器R10与所述第三运放U3A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端通过一电阻R14与所述第四运放U4A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端与所述电阻R14之间的公共部分通过一电阻R13后接地。
作为本申请一种优选的实施方式，所述第三运放U3A的输出端通过电阻R11与第四运放U4A的同相端相连，电阻R11与第四运放U4A的同相端之间还设置有一第二补偿装置，所述第二补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第二补偿装置的接地端接地，所述第二补偿装置的输出端连接电阻R11与第四运放U4A的同相端之间的公共部分。
作为本申请一种优选的实施方式，所述第二补偿装置为MAX6162型补偿器。
作为本申请一种优选的实施方式，所述电容检测电路包括电容式微机械超声换能器cMUT、反馈电阻Rf、补偿电阻R、电容C、补偿电容Cf、以及运算放大器U；电容式微机械超声换能器cMUT的电压输入端与被测电容的电压输出端相连，电容式微机械超声换能器cMUT的输入端与运算放大器U的反向端相连；反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的一端与电容式微机械超声换能器cMUT的输入端和运算放大器U的反向端之间的公共部分连接，反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的另一端与运算放大器U的输出端相连；电容C与补偿电阻R并联后的一端与运算放大器U的同向端相连，电容C与补偿电阻R并联后的另一端接地。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的基于单元计量的电路系统，实现了对电压、电流、电容等参数的同时检测，并且可以适用于多种复杂环境，其结构简单，采用模块化设计，可以将所有元器件集成在一块PCB电路板上利于工业生产，实用性强。
附图说明
图1为本实用新型基于单元计量的电路系统实施例的框图；
图2为本实用新型信号接收电路实施例的电路图；
图3为本实用新型电压检测电路实施例的电路图；
图4为本实用新型电流检测电路实施例的电路图；
图5为本实用新型电容检测电路实施例的电路图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
如图1所示，本实用新型的第一实施例中所示出的基于单元计量的电路系统，包括电压检测电路、电流检测电路、电容检测电路和信号接收电路，所述电压检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电流检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电容检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连。
其中，所述电压检测电路可以用于检测以及计量各种不同器件的电压，所述电流检测电路可以用于检测以及计量各种不同器件的电流，所述电容检测电路用于检测各种微电容的检测，便于计量和估算其容量大小。所述信号接收电路可以对检测信号进行收集，以及将检测信号通过现有的无线或者有线传输模块将其传送至远端或者上位机，便于对数据进一步的处理。
如图2所示，所述信号接收电路包括PIC16F1783型号芯片。需要进行说明的是，在本实用新型的其余一个或一些实施例中，所述信号接收电路还可以采用其他型号的芯片以及器件进行替代，在此就不一一进行列举。此外，所述PIC16F1783型号芯片还可以与外接的视频显示装置通信连接，用以将各个检测参数进行显示，所述视频显示装置包括但不限于LCD或LED显示器。
如图3所示，所述电压检测电路包括但不限于第一运放U1A和第二运放U2A，外部互感器的输出端通过电阻R1与所述第一运放U1A的同相端相连，所述第一运放U1A的反相端通过一电阻R2后接地，所述第一运放U1A的反相端通过一电位器R3与所述第一运放U1A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端通过一电阻R7与所述第二运放U2A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端与所述电阻R7之间的公共部分通过一电阻R6后接地。在所述第一运放U1A的输出端通过电阻R4与第二运放U2A的同相端相连，电阻R4与第二运放U2A的同相端之间还设置有一第一补偿装置，所述第一补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第一补偿装置的接地端接地，所述第一补偿装置的输出端连接电阻R4与第二运放U2A的同相端之间的公共部分，此外所述第二运放U2A的输出端与PIC16F1783型号芯片第3引脚相连，用以将检测到的电压信号传输给PIC16F1783型号芯片。
其中，第一运放U1A将外部电压互感器输入的被测电压信号一级放大为成比例的交流电压信号。所述第二运放U2A将第一运放U1A输出的电压信号进行第二级放大。第二运放U2A的输出端，为了防止电压过大，在第二运放U2A的输出端上下分别各加有第一二极管D1和第二二极管D2，进而保证输入单片机的电压被箝位在+5.7V～0.7V之间。所述电压检测电路的第二运放U2A的输出端还配置有一第一滤波电容C1使输出的波形趋于平滑达到降低噪声的目的。
如图4所示，所述电流检测电路包括但不限于第三运放U3A和第四运放U4A，互感器的输出端通过电阻R8与所述第三运放U3A的同相端相连，所述第三运放U3A的反相端通过一电阻R9后接地，所述第三运放U3A的反相端通过一电位器R10与所述第三运放U3A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端通过一电阻R14与所述第四运放U4A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端与所述电阻R14之间的公共部分通过一电阻R13后接地。在所述第三运放U3A的输出端通过电阻R11与第四运放U4A的同相端相连，电阻R11与第四运放U4A的同相端之间还设置有一第二补偿装置，所述第二补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第二补偿装置的接地端接地，所述第二补偿装置的输出端连接电阻R11与第四运放U4A的同相端之间的公共部分，此外所述第四运放U2A的输出端与PIC16F1783型号芯片第4引脚相连，用以将检测到的电流信号传输给PIC16F1783型号芯片。
其中，所述第四运放U4A的输出端，为了防止其电压过大，在第四运放U4A的输出端上下分别各加有第三二极管D3和第四二极管D4，进而保证输入单片机的电压被箝位在+5.7V～0.7V之间。所述电流检测电路的第四运放U4A的输出端还配置有一第二滤波电容使输出的波形趋于平滑达到降低噪声的目的。
本实施例中，所述第一补偿装置和所述第二补偿装置均为MAX6162型补偿器。具体的，所述MAX6162型补偿器替代了补偿电容，这样就有效的节省空间，减小集成电路板的体积，提供了系统的实用性。
如图5所示，所述电容检测电路包括电容式微机械超声换能器cMUT、反馈电阻Rf、补偿电阻R、电容C、补偿电容Cf、以及运算放大器U；电容式微机械超声换能器cMUT的电压输入端与被测电容的电压输出端相连，电容式微机械超声换能器cMUT的输入端与运算放大器U的反向端相连；反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的一端与电容式微机械超声换能器cMUT的输入端和运算放大器U的反向端之间的公共部分连接，反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的另一端与运算放大器U的输出端相连；电容C与补偿电阻R并联后的一端与运算放大器U的同向端相连，电容C与补偿电阻R并联后的另一端接地，此外所述第四运放U2A的输出端与PIC16F1783型号芯片第6引脚相连，用以将检测到的电容信号传输给PIC16F1783型号芯片。
其中，所述电容式微机械超声换能器cMUT检测电路采用跨阻放大检测法。电容式微机械超声换能器为400kHz的超声波及直流偏置的作用下产生微小电流，此电路将该微小电流经过运算放大器U(本实施例中所述运算放大器U为跨阻放大器)转换为可检测的电压。需要进行说明的是，图中为微电容检测电路原理图，cMUT为电容式微机械超声换能器的等效模型。
更进一步地，反馈电阻Rf其在I-V转换过程中起关键作用，反馈电阻Rf与运算放大器U构成电压并联负反馈，将所述电容式微机械超声换能器cMUT产生的微弱的电流信号转换为示波器可检测的电压信号。由于仅有反馈电阻Rf作用时的输出信号波形存在严重的自激振荡和拖尾现象，因此需要用补偿电容Cf对其进行超前补偿，消除此现象。在同相输入端和接地之间连接补偿电阻R，使运算放大器U两输入端对地直流电阻相等，避免运算放大器U输入偏置电流在两输入端之间产生附加的差模输入电压，其中补偿电阻R的阻值等于反馈电阻Rf的阻值，R上并联的电容C用于除去电阻R引入的杂散噪声。
通过采用上述方式计量以及检测电容能够有效抑制漂移严重的问题，使得测量效果更加精确；克服了传统电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免的缺陷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种基于单元计量的电路系统，其特征在于：包括电压检测电路、电流检测电路、电容检测电路和信号接收电路，所述电压检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电流检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连，所述电容检测电路的信号输出端与所述信号接收电路的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述信号接收电路包括PIC16F1783型号芯片。
3.根据权利要求1所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述电压检测电路包括第一运放U1A和第二运放U2A，外部互感器的输出端通过电阻R1与所述第一运放U1A的同相端相连，所述第一运放U1A的反相端通过一电阻R2后接地，所述第一运放U1A的反相端通过一电位器R3与所述第一运放U1A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端通过一电阻R7与所述第二运放U2A的输出端相连，所述第二运放U2A的反相端与所述电阻R7之间的公共部分通过一电阻R6后接地。
4.根据权利要求3所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于，所述电压检测电路还包括：在所述第一运放U1A的输出端通过电阻R4与第二运放U2A的同相端相连，电阻R4与第二运放U2A的同相端之间还设置有一第一补偿装置，所述第一补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第一补偿装置的接地端接地，所述第一补偿装置的输出端连接电阻R4与第二运放U2A的同相端之间的公共部分。
5.根据权利要求4所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述第一补偿装置为MAX6162型补偿器。
6.根据权利要求1所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述电流检测电路包括第三运放U3A和第四运放U4A，互感器的输出端通过电阻R8与所述第三运放U3A的同相端相连，所述第三运放U3A的反相端通过一电阻R9后接地，所述第三运放U3A的反相端通过一电位器R10与所述第三运放U3A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端通过一电阻R14与所述第四运放U4A的输出端相连，所述第四运放U4A的反相端与所述电阻R14之间的公共部分通过一电阻R13后接地。
7.根据权利要求6所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于，所述电流检测电路还包括：在所述第三运放U3A的输出端通过电阻R11与第四运放U4A的同相端相连，电阻R11与第四运放U4A的同相端之间还设置有一第二补偿装置，所述第二补偿装置的输入端加载有一+5V电源，所述第二补偿装置的接地端接地，所述第二补偿装置的输出端连接电阻R11与第四运放U4A的同相端之间的公共部分。
8.根据权利要求7所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述第二补偿装置为MAX6162型补偿器。
9.根据权利要求1所述的基于单元计量的电路系统，其特征在于：所述电容检测电路包括电容式微机械超声换能器cMUT、反馈电阻Rf、补偿电阻R、电容C、补偿电容Cf、以及运算放大器U；电容式微机械超声换能器cMUT的电压输入端与被测电容的电压输出端相连，电容式微机械超声换能器cMUT的输入端与运算放大器U的反向端相连；反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的一端与电容式微机械超声换能器cMUT的输入端和运算放大器U的反向端之间的公共部分连接，反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的另一端与运算放大器U的输出端相连；电容C与补偿电阻R并联后的一端与运算放大器U的同向端相连，电容C与补偿电阻R并联后的另一端接地。
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| CN201821094736.XU CN208505366U (zh) | 2018-07-10 | 2018-07-10 | 一种基于单元计量的电路系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110057921A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-26 | 成都华芯微医疗科技有限公司 | 一种三维超声成像系统 |
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