提高交流電橋測量電路測量精度的方法技術

本發明專利技術公開了一種提高交流電橋測量電路測量精度的方法，即在原有串聯的交流測量電橋、放大電路和相敏檢波電路中增設增量

【技術實現步驟摘要】
提高交流電橋測量電路測量精度的方法


[0001]本專利技術涉及一種交流電橋測量電路及提高其測量精度的方法，具體地說，本專利技術涉及一種內嵌有相敏檢波電路和增量
?
總和調制電路的閉環交流電橋測量電路，以及可有效地抑制交流電橋測量電路解調誤差、降低量化噪聲、提高測量精度的方法。

技術介紹

[0002]在地震、地球物理觀測儀器(例如地震儀、伸縮儀、鉆孔應變儀、擺式傾斜儀、彈簧重力儀等)中，廣泛使用差動式電容傳感器感測微位移，即將位移的變化轉變為電容量的變化，然后通過交流電橋測量電路測量出該電容量的變化，并進而得到位移的變化。有些觀測儀器還使用差動變壓器設計的位移傳感器感測微位移，其測量電路通常也是交流電橋測量電路。
[0003]圖1為現有傳感器中廣泛使用的基于交流電橋的測量電路原理框圖，如圖所示，該測量電路包括交流測量電橋1、交流信號驅動源U
B
、放大電路2、相敏檢波電路3、A/D轉換電路4。
[0004]交流信號驅動源U
B
為交流測量電橋1提供工作電源，交流測量電橋的輸出電壓為交流測量電橋處于平衡態時，即Z1Z4＝Z2Z3時，其輸出電壓U
S
＝0。當被測物理量的改變導致交流測量電橋偏離平衡態時，其輸出電壓U
S
的幅值將隨之變化，其相位則對應于偏離平衡態的方向。因此，需要使用相敏檢波電路3處理經放大電路放大的交流測量電橋的輸出信號Us，獲得幅度與U
S
平均值成比例、極性與電橋偏離平衡態方向相關的電壓信號，該電壓信號再經A/D轉換電路4處理后輸出。
[0005]在傳感器中使用電橋電路，具有測量靈敏度高的特點，但以下因素可能導致上述基于交流電橋的測量電路的測量精度不高：(1)交流測量電橋1及放大電路2產生的相移，使得輸入到相敏檢波電路3的被檢信號與參考信號之間出現相位差，導致相敏檢波電路3的檢波增益降低。
⑵
相敏檢波電路引入的測量誤差問題。對于基于模擬乘法器的相敏檢波電路來說，相敏檢波電路3引入的測量誤差主要來自模擬乘法器的零點電壓漂移；對于基于模擬開關的相敏檢波器來說，相敏檢波電路3引入的測量誤差主要來自模擬開關響應速度和控制信號泄露。
⑶
放大電路2及相敏檢波電路3的非線性誤差。
⑷
A/D轉換電路4產生的零點漂移誤差、增益誤差和量化誤差等。上述這些誤差逐級疊加，增大了基于交流電橋的測量電路實現高精度的困難，致使整個交流電橋測量電路的測量精度降低。

技術實現思路

[0006]鑒于上述原因，本專利技術的目的是提供一種可有效地抑制交流電橋測量電路解調誤差、降低量化噪聲、提高交流電橋測量電路測量精度的方法。
[0007]為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種提高交流電橋測量電路測量精度的方法，其特征在于：在原有串聯的交流測量電橋、放大電路和相敏檢波電路中增設增量
?
總和調制電路；交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路和所述增量
?
總和調整電路彼此
串聯構成負反饋閉環回路；
[0008]所述增量
?
總和調制電路由彼此串聯的前饋積分電路、A/D轉換電路和D/A轉換電路構成；
[0009]所述增量
?
總和調整電路中的A/D轉換電路輸出的信號分兩路，一路輸出數字信號；另一路與所述增量
?
總和調制電路中的D/A轉換電路的信號輸入端相連，經D/A轉換電路生成反饋信號，反饋至所述交流測量電橋的測量信號輸入端或反饋至所述放大電路的輸入端；
[0010]通過在測量電路中增設增量
?
總和調制電路，采用較高的所述放大電路的增益和所述交流測量電橋的正弦交流激勵信號的幅值，抑制所述相敏檢波電路的解調誤差和解調噪聲，抑制信號通帶內的量化噪聲。
[0011]本專利技術提高交流電橋測量電路測量精度的方法，還包括增設數字抽取濾波電路；
[0012]所述增量
?
總和調制電路中的A/D轉換電路輸出的信號經所述數字抽取濾波器輸出；所述數字抽取濾波電路選用低通濾波器，用于濾除所述A/D轉換電路的量化誤差并降低采樣率，獲得高分辨測量數據。
[0013]在本專利技術較佳實施例中，本專利技術交流電橋測量電路中增量
?
總和調制電路的采樣頻率至少為被測量信號最高頻率的二十倍；
[0014]所述前饋積分電路選用二階積分電路，其傳遞函數是為時，需要滿足時，需要滿足的取值在0.3
?
2.0之間；
[0015]所述前饋積分電路為三階積分電路，其傳遞函數為時，需滿足如下條件：下條件：的取值在2.74
?
17.58之間；的取值在2.74
?
17.58之間；
[0016]其中：s表示復變量，f
s
是采樣頻率，a、b和c是前饋積分電路的系數，k
A
是放大電路增益，k
D
是相敏檢波電路的檢波增益，U
R
是D/A轉換電路的基準源輸入信號的幅度，V
REF
是A/D轉換電路的基準源電壓。
[0017]在本專利技術較佳實施例中，所述相敏檢波電路選用基于模擬開關設計的電路，其開關控制信號為方波信號，該方波信號的頻率與所述交流測量電橋的交流激勵信號源的頻率相同；
[0018]所述D/A轉換電路的基準源使用與所述交流測量電橋的交流激勵信號源同頻率同相位的交流信號。
[0019]在本專利技術較佳實施例中，所述相敏檢波電路選用基于模擬乘法器設計的電路，其參考信號為與所述交流測量電橋的交流激勵信號源同頻率的正弦波信號；
[0020]所述D/A轉換電路的基準源使用與所述交流測量電橋的交流激勵信號源同頻率同相位的交流信號。
[0021]在本專利技術較佳實施例中，當所述交流測量電橋置于反饋環外時，所述交流測量電橋輸出的信號和所述D/A轉換電路產生的反饋信號疊加運算后，輸入至所述放大電路；
[0022]當所述交流測量電橋置于反饋環內時，所述D/A轉換電路產生的反饋信號輸入至
所述交流電橋的測量信號輸入端。
附圖說明
[0023]圖1為現有交流電橋測量電路原理框圖；
[0024]圖2為本專利技術內嵌有相敏檢波和增量
?
總和調制電路的閉環交流電橋測量電路原理圖；
[0025]圖3為圖2所示測量電路具體實施例中對輸入交流電橋測量量、相敏檢波電路誤差信號和A/D轉換電路誤差信號的幅度響應曲線圖；
[0026]圖4為本專利技術實施例1應用于差動式電容位移傳感器中的內嵌有相敏檢波和增量
?
總和調制電路的閉環交流電橋測量電路原理圖；
[0027]圖5為本專利技術實施例2應用于差動式電容位移傳感器中的另一種內嵌有相敏檢波和增量
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總和調制電路的閉環交流電橋測量電路原理圖；
[0028]圖6本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種提高交流電橋測量電路測量精度的方法，其特征在于：在原有串聯的交流測量電橋、放大電路和相敏檢波電路中增設增量
?
總和調制電路；交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路和所述增量
?
總和調整電路彼此串聯構成負反饋閉環回路；所述增量
?
總和調制電路由彼此串聯的前饋積分電路、A/D轉換電路和D/A轉換電路構成；所述增量
?
總和調制電路中的A/D轉換電路輸出的信號分兩路，一路輸出數字信號；另一路與所述增量
?
總和調整電路中的D/A轉換電路的信號輸入端相連，經D/A轉換電路生成反饋信號，反饋至所述交流測量電橋的測量信號輸入端或反饋至所述放大電路的輸入端；通過在測量電路中增設增量
?
總和調制電路，采用較高的所述放大電路的增益和所述交流測量電橋的正弦交流激勵信號的幅值，抑制所述相敏檢波電路的解調誤差和解調噪聲，抑制信號通帶內的量化噪聲。2.根據權利要求1所述的一種提高交流電橋測量電路測量精度的方法，其特征在于：增設數字抽取濾波電路；所述增量
?
總和調整電路中的A/D轉換電路輸出的信號經所述數字抽取濾波器輸出；所述數字抽取濾波電路選用低通濾波器，用于濾除所述A/D轉換電路的量化誤差并降低采樣率，獲得高分辨測量數據。3.根據權利要求2所述的一種提高交流電橋測量電路測量精度的方法，其特征在于：所述增量
?
總和調制電路的采樣頻率至少為被測量信號最高頻率的二十倍；所述前饋積分電路選用二階積分電路，其傳遞函數是為時，需要滿足時，需要滿足的取值在0.3
?
2.0之間；所述前饋積分電路為三階積分電路，其傳遞函數為時，需滿足如下條...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高尚華，薛兵，
申請(專利權)人：中國地震局地震預測研究所，
類型：發明
國別省市：