CN217333121U - 一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及时间频率测量的技术领域，尤其是涉及一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置，所述信号放大装置，包括：第一信号放大结构、第二信号放大结构以及信号过滤结构；第一信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；第二信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；所述信号过滤结构输出过滤后放大的电压信号；本实用新型能够通过增加一路信号采集/放大通道，即第二信号放大结构，用于采集并放大环境噪声，再通过信号过滤结构过滤掉环境噪声，实现秒表内部频率信号的低噪声、低失真的放大，提高输出信号的准确性，从而满足直接进行频率测量的要求。

Description

一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置

技术领域

本申请涉及时间频率测量的技术领域，尤其是涉及一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置。

背景技术

瞬时日差检验是石英钟、表检验工作中的一个重要环节。“日差”定义为“两台钟的读数差经过一天后的变化量”，意为测量时间间隔为一天的钟差之差。“瞬时日差”源于“日差”，与不间断连续测量一天测得的“日差”不同，“瞬时日差”指短时间内快速测量并计算获得的“日差”。

目前，常见的秒表瞬时日差信号拾取方法为使用单个传感器对信号进行拾取，然后使用锁相放大器或类似电路结构对微弱的信号进行放大，然后再进行频率测量。但由于传感器拾取的信号存在大量的环境噪声，这些噪声会造成秒表瞬时日差信号的频率偏移，导致放大后输出的电压信号存在偏差，从而导致秒表瞬时日差的测量结果不准确。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置，能够通过增加一路信号采集/放大通道，即第二信号放大结构，用于采集并放大环境噪声，再通过信号过滤结构过滤掉环境噪声，实现秒表内部频率信号的低噪声、低失真的放大，提高输出信号的准确性，从而满足直接进行频率测量的要求。

本申请实施例提供了一种信号放大装置，所述信号放大装置包括：第一信号放大结构、第二信号放大结构以及信号过滤结构；第一信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；第二信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；所述信号过滤结构输出过滤后放大的电压信号。

进一步的，所述第一信号放大结构包括第一电容传感器和第一低噪声放大器；所述第一电容传感器的输出端和所述第一低噪声放大器的输入端相连。

进一步的，所述第二信号放大结构包括第二电容传感器和第二低噪声放大器；所述第二电容传感器的输出端和所述第二低噪声放大器的输入端相连。

进一步的，所述第一电容传感器与所述第二电容传感器相同；所述第一低噪声放大器与所述第二低噪声放大器相同。

进一步的，所述信号过滤结构包括仪表放大器和电压放大器；所述第一低噪声放大器的输出端和所述仪表放大器的第一输入端相连；所述第二低噪声放大器的输出端和所述仪表放大器的第二输入端相连；所述仪表放大器的输出端与所述电压放大器的输入端相连。

进一步的，所述第一电容传感器包括两个印刷电路板上的圆环，或印刷电路板上的两个平行的螺旋线。

进一步的，所述两个印刷电路板上的圆环分为内圆环和外圆环，所述外圆环与所述第一电容传感器的地相连，所述内圆环与所述第一低噪声放大器的输入端相连；或，两个平行的螺旋线分为内圈和外圈，所述外圈与所述第一电容传感器的地相连，所述内圈与所述第一低噪声放大器的输入端相连。

进一步的，所述第一低噪声放大器为MOS管、或三极管、或运算放大器。

进一步的，所述仪表放大器为集成的仪表放大器芯片、或多运放构成的仪表放大器、或差分放大器芯片、或多运放构成的差分放大器、或减法器。

本申请实施例还提供了一种秒表瞬时日差的测量装置，所述测量装置包括频率测量装置以及上述任一项所述的信号放大装置；所述信号放大装置的输出端与所述频率测量装置的输入端相连，所述频率测量装置输出秒表的瞬时日差测量值。

本申请实施例提供的一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置，所述信号放大装置，包括：第一信号放大结构、第二信号放大结构以及信号过滤结构；第一信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；第二信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；所述信号过滤结构输出过滤后放大的电压信号；所述测量装置包括频率测量装置以及上述任一项所述的信号放大装置；所述信号放大装置的输出端与所述频率测量装置的输入端相连，所述频率测量装置输出秒表的瞬时日差测量值。

这样，采用本申请提供的结构能够通过增加一路信号采集/放大通道，即第二信号放大结构，用于采集并放大环境噪声，再通过信号过滤结构过滤掉环境噪声，实现秒表内部频率信号的低噪声、低失真的放大，提高输出信号的准确性，从而满足直接进行频率测量的要求。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种信号放大装置的结构示意图之一；

图2示出了本申请实施例所提供的第一信号放大结构的结构示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的第二信号放大结构的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的信号过滤结构的结构示意图；

图5示出了本申请实施例所提供的一种信号放大装置的结构示意图之二；

图6示出了本申请实施例所提供的一种秒表瞬时日差的测量装置的结构示意图。

图标：100-信号放大装置；110-第一信号放大结构；111-第一电容传感器；112-第一低噪声放大器；120-第二信号放大结构；121-第二电容传感器；122-第二低噪声放大器；130-信号过滤结构；131-仪表放大器；132-电压放大器；200-测量装置；201-频率测量装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，常见的秒表瞬时日差信号拾取方法为使用单个传感器对信号进行拾取，然后使用锁相放大器或类似电路结构对微弱的信号进行放大，然后再进行频率测量。但锁相放大器价格昂贵，成本较高，并且由于传感器拾取的信号存在大量的环境噪声，这些噪声会造成秒表瞬时日差信号的频率偏移，进而导致测量结果存在偏差；或者由于传感器及其后续电路拾取的信号幅值偏低，进而导致无法测量秒表的瞬时日差。

基于此，本申请提出了一种信号放大装置以及秒表瞬时日差的测量装置，能够通过增加一路信号采集/放大通道，即第二信号放大结构，用于采集并放大环境噪声，再通过信号过滤结构过滤掉环境噪声，实现秒表内部频率信号的低噪声、低失真的放大，提高输出信号的准确性，从而满足直接进行频率测量的要求。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种信号放大装置的结构示意图之一，如图1中所示，本申请实施例提供的一种信号放大装置100，包括：第一信号放大结构110、第二信号放大结构120以及信号过滤结构130。

其中，第一信号放大结构110的输出端与信号过滤结构130的输入端相连；第二信号放大结构120的输出端与信号过滤结构130的输入端相连；所述信号过滤结构130输出过滤后放大的电压信号。

具体的，第一信号放大结构110拾取秒表屏幕发出的微弱的电场信号并将其放大，第二信号放大结构120拾取环境中的噪声信号并将其放大，信号过滤结构130接收第一信号放大结构110和第二信号放大结构120的输出信号，将其进行过滤后，对秒表屏幕发出的电场信号进行放大，以达到瞬时日差测量的目的。

进一步的，如图2所示，图2为本申请实施例所提供的第一信号放大结构的结构示意图。如图2所示，申请实施例提供的第一信号放大结构110包括第一电容传感器111和第一低噪声放大器112。

其中，第一电容传感器111的输出端和第一低噪声放大器112的输入端相连。

具体的，第一电容传感器111拾取秒表屏幕发出的微弱的电场信号，将电场信号转换为电压信号发送给第一低噪声放大器112，第一低噪声放大器112将接收到的电压信号进行第一次放大，将放大后的电压信号发送给信号过滤结构130。

进一步的，如图3所示，图3为本申请实施例所提供的第二信号放大结构的结构示意图。如图3所示，申请实施例提供的第二信号放大结构120包括第二电容传感器121和第二低噪声放大器122。

其中，第二电容传感器121的输出端和第二低噪声放大器122的输入端相连。

具体的，第二电容传感器121拾取环境中的噪声信号，将噪声信号发送给第二低噪声放大器122，第二低噪声放大器122将接收到噪声信号进行第一次放大，将放大后的噪声信号发送给信号过滤结构130。

进一步的，所述第一电容传感器与所述第二电容传感器相同；所述第一低噪声放大器与所述第二低噪声放大器相同。

具体的，使用2个相同的电容传感器，一个电容传感器(第一电容传感器111)拾取秒表屏幕发出的电场信号，另一个电容传感器(第二电容传感器121)拾取环境中的噪声信号，由于两个传感器的距离较近，可以认为两个电容传感器所处的电磁环境相同；两个电容传感器将拾取的电场信号转化为电压信号后经过两个相同的低噪声放大器放大后，进入信号过滤结构130进行差分放大，可以有效的抑制环境噪声，将秒表屏幕发出的电场信号更有效的拾取并放大。

进一步的，如图4所示，图4为本申请实施例所提供的信号过滤结构的结构示意图。如图4所示，申请实施例提供的信号过滤结构130包括仪表放大器131和电压放大器132。

其中，第一低噪声放大器112的输出端和仪表放大器131的第一输入端相连；第二低噪声放大器122的输出端和仪表放大器131的第二输入端相连；仪表放大器131的输出端与电压放大器132的输入端相连。

具体的，仪表放大器131对两路完全相同的电容传感器和低噪声放大器采集和放大得到的信号进行差分放大，进而对秒表的电场信号进行环境噪声的过滤，并将过滤后的信号发送给电压放大器132；电压放大器132对仪表放大器131输出的信号进行进一步放大，以满足直接进行频率测量的要求，电压放大器132采用正向放大方式，输出端接入后续的频率测量，这里电压放大器132可以由运算放大器、MOS管或者是三极管构成，在本申请实施例中不作具体限定，只要能对仪表放大器131输出的电压信号进行放大的器件均可。

进一步的，所述第一电容传感器111包括两个印刷电路板上的圆环，或印刷电路板上的两个平行的螺旋线。

具体的，第一电容传感器111可以由两个印刷电路板上的圆环构成，也可以由印刷电路板上的两个平行的螺旋线构成，还可以由其它类似的硬件结构或原件构成，在本申请实施例中不作具体限定，只要能将微弱的电场信号转换为电压信号均可。

进一步的，所述两个印刷电路板上的圆环分为内圆环和外圆环，或，两个平行的螺旋线分为内圈和外圈。

其中，外圆环与第一电容传感器111的地相连，内圆环与第一低噪声放大器112的输入端相连；或，外圈与第一电容传感器111的地相连，内圈与第一低噪声放大器112的输入端相连。

具体的，第一电容传感器111和第二电容传感器121的内部结构主要由电容传感器电极a和电容传感器电极b构成。这种非接触的电容传感器结构依据平行板电容器原理，通过两个电极及其内部的材料(例如安放在电路板上，其间的内部材料主要为空气和PCB板构成材料组成)。这里为了减少噪声，将外圆环(例如电容传感器电极a)与传感器的地连接，内圆环(例如电容传感器电极b)与低噪声放大器的输入端连接；或，例如第一电容传感器111和第二电容传感器121使用环状电容传感器时，将环状电容传感器的外圈与地连接，内圈与对应的低噪声放大器的输入端连接。

进一步的，所述第一低噪声放大器112为MOS管、或三极管、或运算放大器。

具体的，第一低噪声放大器112可以使用MOS管构成，也可以使用三极管构成，还可以使用运算放大器构成，在本申请实施例中不作具体限定，只要能对微弱的电压信号进行低噪声的放大器件均可。

进一步的，所述仪表放大器131为集成的仪表放大器芯片、或多运放构成的仪表放大器、或差分放大器芯片、或多运放构成的差分放大器、或减法器。

具体的，第一低噪声放大器112和第二低噪声放大器122使用共源级放大方式，例如，可以采用2SK30A作为两个低噪声放大器的核心部件；两个低噪声放大器的输出分别进入仪表放大器131的+端和-端，并使用电阻Rs控制放大倍数，其核心部件可使用INA114；这里，仪表放大器131可以使用集成的仪表放大器芯片构成，也可以使用多运放构成的仪表放大器构成，还可以使用差分放大器芯片或使用多运放构成的差分放大器，或者使用减法器，在本申请实施例中不作具体限定，只要能对第一信号放大结构110和第二信号放大结构120的两个输出信号进行减法运算均可。

如图5所示，图5为本申请实施例所提供的一种信号放大装置的结构示意图之二。如图5所示，申请实施例提供的信号放大装置100包括第一电容传感器111、第一低噪声放大器112、第二电容传感器121、第二低噪声放大器122、仪表放大器131和电压放大器132。

具体的，2个完全相同的电容传感器，第一电容传感器111拾取秒表内部微弱的电场信号，第二电容传感器121拾取环境中的噪声信号；2个完全相同的低噪声放大器，第一低噪声放大器112将第一电容传感器111拾取到的微弱的电场信号转化为电压信号后进行放大，第二低噪声放大器122对第二电容传感器121拾取到的噪声信号转化为电压信号进行放大；仪表放大器131对两路完全相同的电容传感器和低噪声放大器采集和放大得到的电压信号进行差分放大，进而消除环境噪声；电压放大器132对仪表放大器131输出的信号进行进一步放大，以满足直接进行频率测量的要求，电压放大器132的输出端接入后续的频率测量装置201。

本申请实施例提供的一种信号放大装置，所述信号放大装置，包括第一信号放大结构、第二信号放大结构以及信号过滤结构；第一信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；第二信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；所述信号过滤结构输出过滤后放大的电压信号，通过增加一路信号采集/放大通道，即第二信号放大结构，用于采集并放大环境噪声，再通过信号过滤结构减掉环境噪声，进而实现秒表内部频率信号的低噪声、低失真放大，以满足直接进行频率测量的要求。

如图6所示，图6为本申请实施例所提供的一种秒表瞬时日差的测量装置的结构示意图。如图6所示，申请实施例提供的秒表瞬时日差的测量装置200包括频率测量装置201以及上述信号放大装置100。

其中，信号放大装置100的输出端与频率测量装置201的输入端相连，频率测量装置201输出秒表的瞬时日差测量值。

具体的，信号放大装置100中的电压放大器132的输出端与频率测量装置201的输入端相连；信号放大装置100将拾取到的秒表屏幕的电场信号转为电压信号，经过滤除噪声以及放大处理后，输出电压信号，将电压信号通过信号放大装置100中的电压放大器132发送给测量装置200，测量装置200接收到电压放大器132输出的电压信号后，根据电压信号计算出该秒表的瞬时日差测量结果，并通过频率测量装置201的输出端输出秒表的瞬时日差测量值。

本申请实施例提供的一种秒表瞬时日差的测量装置，所述测量装置包括频率测量装置以及上述信号放大装置；所述信号放大装置的输出端与所述频率测量装置的输入端相连，所述频率测量装置输出秒表的瞬时日差测量值，能够通过信号放大装置输出的过滤后放大的电压信号从而实现秒表瞬时日差的测量，提高测量结果的准确性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，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)

1.一种信号放大装置，其特征在于，包括：第一信号放大结构、第二信号放大结构以及信号过滤结构；第一信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；第二信号放大结构的输出端与信号过滤结构的输入端相连；所述信号过滤结构输出过滤后放大的电压信号。

2.根据权利要求1所述的信号放大装置，其特征在于，所述第一信号放大结构包括第一电容传感器和第一低噪声放大器；所述第一电容传感器的输出端和所述第一低噪声放大器的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的信号放大装置，其特征在于，所述第二信号放大结构包括第二电容传感器和第二低噪声放大器；所述第二电容传感器的输出端和所述第二低噪声放大器的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的信号放大装置，其特征在于，所述第一电容传感器与所述第二电容传感器相同；所述第一低噪声放大器与所述第二低噪声放大器相同。

5.根据权利要求4所述的信号放大装置，其特征在于，所述信号过滤结构包括仪表放大器和电压放大器；所述第一低噪声放大器的输出端和所述仪表放大器的第一输入端相连；所述第二低噪声放大器的输出端和所述仪表放大器的第二输入端相连；所述仪表放大器的输出端与所述电压放大器的输入端相连。

6.根据权利要求2所述的信号放大装置，其特征在于，所述第一电容传感器包括两个印刷电路板上的圆环，或印刷电路板上的两个平行的螺旋线。

7.根据权利要求6所述的信号放大装置，其特征在于，所述两个印刷电路板上的圆环分为内圆环和外圆环，所述外圆环与所述第一电容传感器的地相连，所述内圆环与所述第一低噪声放大器的输入端相连；或，两个平行的螺旋线分为内圈和外圈，所述外圈与所述第一电容传感器的地相连，所述内圈与所述第一低噪声放大器的输入端相连。

8.根据权利要求2所述的信号放大装置，其特征在于，所述第一低噪声放大器为MOS管、或三极管、或运算放大器。

9.根据权利要求5所述的信号放大装置，其特征在于，所述仪表放大器为集成的仪表放大器芯片、或多运放构成的仪表放大器、或差分放大器芯片、或多运放构成的差分放大器、或减法器。

10.一种秒表瞬时日差的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括频率测量装置以及上述权利要求1-9中任一项所述的信号放大装置；所述信号放大装置的输出端与所述频率测量装置的输入端相连，所述频率测量装置输出秒表的瞬时日差测量值。

Images