[實(shí)用新型]負(fù)反饋閉環(huán)交流電橋測量電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022842826.6
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN213906628U
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高尚華;薛兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地震局地震預(yù)測研究所
• 主分類號: H03D1/18
• 分類號: H03D1/18;H03M1/00;G01B7/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 趙郁軍

本實(shí)用新型公開一種反饋環(huán)內(nèi)嵌有相敏檢波電路和增量?總和調(diào)制器電路的閉環(huán)交流電橋測量電路。它包括交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路、增量?總和調(diào)制電路和數(shù)字抽取濾波電路；交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路和增量?總和調(diào)制電路串聯(lián)構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)回路。交流測量電橋輸出的測量值經(jīng)放大電路、相敏檢波電路、前饋積分電路、A/D轉(zhuǎn)換電路處理后，一路經(jīng)數(shù)字抽取濾波電路輸出；另一路經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路生成反饋信號，反饋至交流測量電橋的測量信號輸入端或反饋至放大電路的輸入端。本實(shí)用新型測量精度高，可有效抑制相敏檢波電路的解調(diào)誤差和解調(diào)噪聲，抑制信號通道內(nèi)的量化噪聲。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于差動式電容位移傳感器、差動變壓器和測溫儀中。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種交流電橋測量電路，具體地說，本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)嵌有相敏檢波電路和增量-總和調(diào)制電路的閉環(huán)交流電橋測量電路。

背景技術(shù)

在地震、地球物理觀測儀器(例如地震儀、伸縮儀、鉆孔應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓缓笸ㄟ^交流電橋測量電路測量出該電容量的變化，并進(jìn)而得到位移的變化。有些觀測儀器還使用差動變壓器設(shè)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。

圖1為現(xiàn)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(qū)動源U_B、放大電路2、相敏檢波電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4。

交流信號驅(qū)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(tài)時，即Z₁Z₄＝Z₂Z₃時，其輸出電壓U_S＝0。當(dāng)被測物理量的改變導(dǎo)致交流測量電橋偏離平衡態(tài)時，其輸出電壓U_S的幅值將隨之變化，其相位則對應(yīng)于偏離平衡態(tài)的方向。因此，需要使用相敏檢波電路3處理經(jīng)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(tài)方向相關(guān)的電壓信號，該電壓信號再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路4處理后輸出。

在傳感器中使用電橋電路，具有測量靈敏度高的特點(diǎn)，但以下因素可能導(dǎo)致上述基于交流電橋的測量電路的測量精度不高：⑴交流測量電橋1及放大電路2產(chǎn)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(xiàn)相位差，導(dǎo)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(diǎn)電壓漂移；對于基于模擬開關(guān)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(guān)響應(yīng)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。⑷A/D轉(zhuǎn)換電路4產(chǎn)生的零點(diǎn)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(shí)現(xiàn)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。

實(shí)用新型內(nèi)容

鑒于上述原因，本實(shí)用新型的目的是提供一種測量精度高的內(nèi)嵌有相敏檢波電路和增量-總和調(diào)制電路的負(fù)反饋閉環(huán)交流電橋測量電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種交流電橋測量電路，它包括交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，其特征在于：它還包括增量-總和調(diào)制電路和數(shù)字抽取濾波電路；

所述增量-總和調(diào)制電路由彼此串聯(lián)的前饋積分電路、所述A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；

所述交流測量電橋、放大電路、相敏檢波電路和增量-總和調(diào)制電路串聯(lián)構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)回路；所述交流測量電橋輸出的測量值經(jīng)所述放大電路、相敏檢波電路、前饋積分電路、A/D轉(zhuǎn)換電路處理后，所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號分為兩路，一路經(jīng)所述數(shù)字抽取濾波電路輸出；另一路經(jīng)構(gòu)成所述增量-總和調(diào)制電路的D/A轉(zhuǎn)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。