[發(fā)明專利]一種用于傳感器信號(hào)處理的全定制ASIC及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710704170.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107450304B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋長(zhǎng)青;尹海宏;王志亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G04F10/00
• 分類號(hào): G04F10/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

本發(fā)明提供了一種用于傳感器信號(hào)處理的全定制ASIC（為專門(mén)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的集成電路），所述ASIC專門(mén)用于消除周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期測(cè)量中的系統(tǒng)誤差；所述ASIC具有4個(gè)引腳，第一引腳為電源正極引腳，第二引腳為信號(hào)輸入端，用于連接光電門(mén)電路的輸出端，第三引腳為信號(hào)輸出端，用于連接計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，第四引腳為電源地線引腳。所述ASIC取消了現(xiàn)有技術(shù)中的運(yùn)算放大器、電壓比較器、A/D轉(zhuǎn)換器，整個(gè)電路全部由CMOS電路構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路，因此本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，抗干擾能力更強(qiáng)，電路功耗更低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種周期性振動(dòng)的周期精確測(cè)量方法及測(cè)量用集成電路。

背景技術(shù)

系統(tǒng)誤差是指：相同待測(cè)量大量重復(fù)測(cè)量的平均結(jié)果和待測(cè)量真值的差。物理測(cè)量中的系統(tǒng)誤差通常來(lái)源于：（1）儀器誤差，這是由于儀器本身的缺陷或沒(méi)有按規(guī)定條件使用儀器而造成的。如儀器的零點(diǎn)不準(zhǔn)，儀器未調(diào)整好，外界環(huán)境（光線、溫度、濕度、電磁場(chǎng)等）對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響等所產(chǎn)生的誤差；（2）理論誤差（方法誤差），這是由于測(cè)量所依據(jù)的理論公式本身的近似性，或?qū)嶒?yàn)條件不能達(dá)到理論公式所規(guī)定的要求，或者是實(shí)驗(yàn)方法本身不完善所帶來(lái)的誤差，例如熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有考慮散熱所導(dǎo)致的熱量損失，伏安法測(cè)電阻時(shí)沒(méi)有考慮電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響等；（3）操作誤差，這是由于觀測(cè)者個(gè)人感官和運(yùn)動(dòng)器官的反應(yīng)或習(xí)慣不同而產(chǎn)生的誤差，它因人而異，并與觀測(cè)者當(dāng)時(shí)的精神狀態(tài)有關(guān)。

系統(tǒng)誤差有些是定值的，如儀器的零點(diǎn)不準(zhǔn)，有些是積累性的，如用受熱膨脹的鋼質(zhì)米尺測(cè)量時(shí)，讀數(shù)就小于其真實(shí)長(zhǎng)度。

需要注意的是，系統(tǒng)誤差總是使測(cè)量結(jié)果偏向一邊，或者偏大，或者偏小，因此，多次測(cè)量求平均值并不能消除系統(tǒng)誤差，只能在一定程度上減小系統(tǒng)誤差。

在單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，誤差通常來(lái)源于：（1）單擺模型本身是否符合要求，即：懸點(diǎn)是否固定，是單擺還是復(fù)擺，球、線是否符合要求，振動(dòng)是圓錐擺還是在同一豎直平面內(nèi)振動(dòng)以及測(cè)量哪段長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng)等等；（2）單擺周期的測(cè)量。因此，要注意測(cè)準(zhǔn)時(shí)間（周期）。要從擺球通過(guò)平衡位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，并采用倒計(jì)時(shí)的方法，不能多記振動(dòng)次數(shù)。

傳統(tǒng)的測(cè)量單擺振動(dòng)周期的方法是：利用秒表在單擺鐵球到達(dá)平衡位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并記錄單擺的擺動(dòng)次數(shù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的擺動(dòng)次數(shù)時(shí)按下秒表停止計(jì)時(shí)，根據(jù)秒表記錄的數(shù)值便可以計(jì)算出單擺的振動(dòng)周期。由于利用秒表記錄開(kāi)始計(jì)時(shí)和停止計(jì)時(shí)的時(shí)刻，都需要操作者用肉眼觀察單擺鐵球是否達(dá)到平衡位置，存在人為的判斷誤差，測(cè)量出的振動(dòng)周期亦存在較大誤差。為了減少這種人為誤差，通常采用進(jìn)行多次測(cè)量然后取平均值的方法，但在記單擺擺動(dòng)次數(shù)時(shí)，極易多記或少記振動(dòng)次數(shù)，且由于科里奧利力的作用，單擺振動(dòng)多次后，會(huì)逐漸由平面內(nèi)擺動(dòng)演化為圓錐擺。傳統(tǒng)的人工計(jì)時(shí)測(cè)量單擺周期方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)，也難以有效降低周期測(cè)量誤差。

為了克服人工測(cè)量單擺周期存在的人為誤差的問(wèn)題，已經(jīng)發(fā)展出多種儀器自動(dòng)計(jì)時(shí)方法，例如利用磁簧管、光電門(mén)、霍爾傳感器、壓電傳感器等來(lái)控制計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器。

在中國(guó)專利文獻(xiàn)CN203013065U中，將霍爾開(kāi)關(guān)元件固定在底座的頂面于靜止時(shí)鐵球的正下方，磁鐵固定在霍爾開(kāi)關(guān)元件的正下方，電源、霍爾開(kāi)關(guān)元件、計(jì)時(shí)器和開(kāi)關(guān)通過(guò)導(dǎo)線相電連接。

這種測(cè)量裝置通過(guò)穿過(guò)霍爾元件的磁感線的變化來(lái)統(tǒng)計(jì)單擺的擺動(dòng)，較傳統(tǒng)的測(cè)量方式，擺脫了認(rèn)為測(cè)量的主觀誤差，但是該裝置仍然具有幾點(diǎn)無(wú)法克服的缺陷：（1）由于霍爾元件在變化磁場(chǎng)中產(chǎn)生的信號(hào)具有一定的回滯性，導(dǎo)致每個(gè)測(cè)量到的單擺周期與真實(shí)的單擺周期存在一定的時(shí)間差ΔT；（2）并且磁鐵與鐵球相互作用時(shí)間較短，所以測(cè)量過(guò)程中容易引起霍爾元件的丟步現(xiàn)象；（3）由于采用磁性作為信號(hào)觸發(fā)，容易受到外界干擾；（4）由于測(cè)量原理所決定，霍爾元件必須嚴(yán)格地放置在單擺的平衡位置（單擺運(yùn)動(dòng)最低處），而實(shí)際上是很難嚴(yán)格地滿足這一條件的，霍爾元件通常總會(huì)偏離一定的距離，導(dǎo)致周期測(cè)量不準(zhǔn)確。所以上述專利文獻(xiàn)提供的單擺周期測(cè)量?jī)x在使用過(guò)程中仍然具有一定的局限性。