[發明專利]一種基于稱重傳感器的模擬信號采樣測量電路及方法

在審

• 申請號: 202111156139.1
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113899437A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 張怡龍;馮陽博;任振錕;瞿余成
• 申請（專利權）人: 中航電測儀器（西安）有限公司
• 主分類號: G01G23/37
• 分類號: G01G23/37
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種基于稱重傳感器的模擬信號采樣測量電路及方法，稱重傳感器輸出差分模擬信號SIG+和SIG?分別與多通道模擬多路開關AM1輸入端連接，多通道模擬多路開關AM1輸出端與差分放大電路輸入端連接；差分放大電路輸出端與多通道模擬多路開關AM2輸入端連接，多通道模擬多路開關AM2輸出端依次連接積分電路、比較電路、占空比檢測計算電路和三角波發生電路，三角波發生電路的輸出端連接比較電路輸入端；稱重傳感器反饋信號SEN+和SEN?分別與多通道模擬多路開關AM3和AM4輸入端連接，其多通道模擬多路開關AM3和AM4輸出端均選通接入積分電路。消除了波動和誤差，準確描述稱重傳感器的模擬信號實時變化特征。

技術領域

本發明屬于稱重技術領域，涉及一種基于稱重傳感器的模擬信號采樣測量電路及方法。

背景技術

稱重傳感器的模擬信號采樣測量作為本領域內公知技術一般是將稱重傳感器輸出的模擬信號經過濾波、差分放大后采用高分辨率的A/D轉換芯片(如AD7195等)將模擬信號轉換成數字內碼輸出至微控制器MCU中進行數據處理。實際應用中稱重傳感器中的力測量單元會隨著時間產生蠕變并且由于周圍環境溫度、壓強、電源激勵波動稱重傳感器的輸出信號常常伴隨一定的誤差，必須通過信號采樣測量電路盡可能的減小信號誤差、濾除環境噪聲，使信號誤差處于可接受的公差范圍之內。稱重傳感器根據接線方式分為4線制和6線制兩種，4線制稱重傳感器接口分別為激勵(EXC+)、激勵(EXC-)、信號(SIG+)、信號(SIG-)，6線制稱重傳感器接口在4線制基礎上增加了反饋(SEN+)、反饋(SEN-)兩個接口。當4線制稱重傳感器與測量電路連接時，激勵(EXC+)與反饋(SEN+)短接，激勵(EXC-)與反饋(SEN-)短接，當6線制稱重傳感器與測量電路連接時，激勵(EXC+)與反饋(SEN+)無需短接，激勵(EXC-)與反饋(SEN-)無需短接。CN109510615公開了一種稱重傳感器輸出接口轉換電路，通過模擬開關靈活選擇傳感器輸出接口與測量電路的連接關系。眾所周知，稱重傳感器信號的采樣測量有著嚴格的要求，其輸出模擬信號正比于傳感器激勵電壓的大小，通常為毫伏級別。

由于成本的原因信號采樣測量電路中的電源一般選擇DC電源，因而也采用DC放大。DC電源的好處是電路設計較為簡單，但是常常伴隨運算放大器的熱電壓誤差和環境溫度、壓強變化造成的漂移誤差以及電路中低頻噪音的影響。對于上述測量誤差，可以通過AC調制技術進行削弱，AC調制技術又分為稱重傳感器激勵端調制和信號端調制。激勵端AC調制技術通常是與具有相應功能的A/D芯片一起使用，由A/D芯片控制調制信號進而使稱重傳感器激勵電壓周期性交替反轉，并且確保A/D芯片同步進行采樣轉換。信號端AC調制技術一般是通過模擬多路開關將信號采樣測量電路輸入的差分信號相互交錯分別傳送至兩個運算放大器，運算放大器輸出信號輸出至與輸入模擬多路開關同相的另外一個模擬多路開關被再次交錯反轉。差分信號在兩個相鄰測量相位間通過模擬多路開關以足夠高的頻率交錯反轉信號，這種方法同樣可以抑制運算放大器的1/f噪聲，將低頻的1/f噪聲信號升高至轉換開關的頻率，很容易借助低通濾波器濾除上述測量誤差。在實現發明的過程中，發現現有A/D轉換技術存在以下缺陷：

(1)當稱重傳感器激勵信號或A/D轉換芯片參考電壓發生波動時會影響其測量精度。

(2)A/D轉換芯片采用串行輸出數據方式時速率低，同一時刻輸出數據與實際信號會存在一定誤差。

(3)A/D轉換電路需要根據需求精度采用相應位數的A/D轉換集成芯片，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于稱重傳感器的模擬信號采樣測量電路及方法，消除了波動和誤差，準確描述稱重傳感器的模擬信號實時變化特征，具有檢測精度高、成本低、實時性好等優點。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于稱重傳感器的模擬信號采樣測量電路，包括稱重傳感器、多通道模擬多路開關、差分放大電路、積分電路、比較電路、占空比檢測計算電路和三角波發生電路；