專利名稱：載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)及其激勵(lì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)變稱重系統(tǒng)，特別涉及一種采用載波電壓信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)的應(yīng)變稱重系統(tǒng)，以及其載波激勵(lì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的應(yīng)變式稱重系統(tǒng)是由重力信號(hào)的變換和測(cè)量?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)組成的重力信號(hào)的變換把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼到受力彈性物體的表面，在外力W作用下，彈性物體表面的微小變形造成應(yīng)變計(jì)被拉伸或壓縮，致使其阻值發(fā)生變化，這個(gè)阻值變化量表征了彈性物體所受作用力的大小。把四個(gè)應(yīng)變計(jì)按規(guī)則連接起來組成惠斯通電橋，給電橋施加一個(gè)電壓信號(hào)作為激勵(lì)，隨著彈性物體所受外力的變化，電橋輸出的測(cè)量電壓信號(hào) Vout將會(huì)按比例變化。重力信號(hào)的測(cè)量把應(yīng)變計(jì)電橋輸出的測(cè)量電壓信號(hào)Vout輸送給后續(xù)的電子測(cè)量電路，進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、調(diào)節(jié)、補(bǔ)償、校準(zhǔn)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算等測(cè)量處理功能，最終還原出所施加的被測(cè)試外力W的大小?，F(xiàn)有的應(yīng)變式稱重系統(tǒng)是采用直流激勵(lì)技術(shù)的，它的工作特征是給電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋提供一個(gè)直流電壓信號(hào)作為激勵(lì)，電橋輸出的測(cè)量信號(hào)Vout也是直流電壓信號(hào)， 然后這個(gè)直流電壓測(cè)量信號(hào)進(jìn)入到后續(xù)電子測(cè)量電路中，進(jìn)行直流信號(hào)放大等一系列處理。這種直流激勵(lì)技術(shù)存在著以下缺點(diǎn)①當(dāng)直流電壓測(cè)量信號(hào)Vout進(jìn)入后續(xù)的放大器進(jìn)行直流信號(hào)放大時(shí)，放大器的輸出信號(hào)將會(huì)被疊加上較大的來自放大器本身的噪聲。對(duì)于運(yùn)算放大器這樣的模擬器件來說，其信號(hào)輸入端的噪聲電壓密度Dnoise與信號(hào)頻率F之間的關(guān)系基本上如附圖1所示，從圖上可以看出，在直流信號(hào)附近的IHz頻率點(diǎn)上的噪聲電壓密度Dnoise是最大的，從附圖2可以看到，在0. IHz—IOHz這段最大噪聲電壓密度區(qū)間的噪聲電壓峰值Vpp達(dá)到了 uV級(jí)的水平。在額定外力作用下，電橋輸出的最大電壓測(cè)量信號(hào)記為VoutFS，為了使有效測(cè)量信號(hào)在通過放大器時(shí)不被噪聲所淹沒，通常總是設(shè)置一個(gè)測(cè)量分度值d所代表的輸入信號(hào)電壓大于噪聲電壓的峰值Vpp，例如設(shè)置Id = 2Vpp，這樣的話整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量分辨率為Res = 2Vpp/VoutFS........................公式(1)從上式可見，如果噪聲電壓的峰值Vpp越大，則測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量分辨率就越低。②當(dāng)直流電壓測(cè)量信號(hào)進(jìn)入后續(xù)的放大器進(jìn)行直流信號(hào)放大時(shí)，放大器的輸出信號(hào)Vop_oUt將會(huì)隨著工作時(shí)間推延和環(huán)境溫度變化而飄移。對(duì)于運(yùn)算放大器這樣的模擬器件來說，其信號(hào)輸入端天然存在著偏置電壓AVos， 而且這個(gè)偏置電壓會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而飄移，也會(huì)隨著工作時(shí)間的推延而飄移。按照放大器電路的工作原理，當(dāng)設(shè)置它的增益為Gain后，其輸入信號(hào)Vout與輸出信號(hào)Vop_oUt 的關(guān)系式為
Vop_out = Gain* (Vout+Δ Vos)........................公式⑵這個(gè)AVos始終疊加在輸入信號(hào)上，即使電橋輸出的直流電壓測(cè)量信號(hào)是很穩(wěn)定的，它經(jīng)過放大器后的輸出信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)溫度飄移和時(shí)間飄移，從而影響到測(cè)量系統(tǒng)長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。③當(dāng)直流電壓測(cè)量信號(hào)進(jìn)入后續(xù)電子電路進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，容易受到從電源系統(tǒng)傳導(dǎo)進(jìn)來的工頻雜波的干擾。采用市電作為工作電源的測(cè)量系統(tǒng)，必然會(huì)從電源線上傳導(dǎo)進(jìn)來很多50Hz或 60Hz的雜波干擾信號(hào)，這種工頻干擾信號(hào)的功率在各個(gè)頻率點(diǎn)上的分布情況如圖3所示， 從圖上可以看出，在工頻點(diǎn)附近的干擾功率是最大的，隨著頻率值的增加其干擾功率會(huì)逐步降低。顯然，對(duì)于處理直流電壓信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)來說，信號(hào)在電子電路的各個(gè)環(huán)節(jié)中傳遞時(shí)，所受到的工頻干擾的能量是最大的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種信號(hào)分辨率高， 可長(zhǎng)期穩(wěn)定性工作的一種載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋，所述應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸入端與一載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊連接，所述應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸出端與一交流放大器連接，所述交流放大器的輸出端與解調(diào)器連接，所述解調(diào)器還與解調(diào)參照信號(hào)發(fā)生模塊連接， 所述解調(diào)器的輸出端與一信號(hào)選擇模塊連接，所述信號(hào)選擇模塊的輸出端為系統(tǒng)輸出端。本發(fā)明還公開了一種上述載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵(lì)方法在測(cè)量時(shí)給變計(jì)測(cè)量電橋施加一個(gè)載波激勵(lì)信號(hào)，在外部重力的作用下，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋輸出一個(gè)具有對(duì)稱包絡(luò)的交流測(cè)量信號(hào)，該交流測(cè)量信號(hào)被交流信號(hào)放大器進(jìn)行交流信號(hào)放大，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率同相位的交流放大信號(hào)，交流放大信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器在解調(diào)參照信號(hào)的控制下分離出無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)，這個(gè)無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)再經(jīng)過信號(hào)選擇后，還原成有效測(cè)量信號(hào)。優(yōu)選的，載波激勵(lì)信號(hào)的頻率值應(yīng)遠(yuǎn)離工頻頻率值，并且不是工頻頻率值的整數(shù)倍。上述技術(shù)方案具有如下有益效果該載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，通過載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生載波激勵(lì)信號(hào)給應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋施加一個(gè)載波電壓信號(hào)作為激勵(lì)，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋輸出與載波激勵(lì)信號(hào)同頻率同相位的交流電壓信號(hào)，這個(gè)交流電壓信號(hào)輸送給后續(xù)電路進(jìn)行處理時(shí)，完全避免了采用直流激勵(lì)技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1放大器的噪聲電壓密度與輸入信號(hào)頻率的關(guān)系示意圖。圖2為放大器在0. IHz-IOHz頻率區(qū)間的噪聲電壓示意圖。圖3為工頻干擾信號(hào)的功率與信號(hào)頻率的關(guān)系示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。如圖4所示，該載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)包括一應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋2，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋2的輸入端與一載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊1連接，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋2的輸出端與一交流放大器3連接，交流放大器3的輸出端與解調(diào)器4連接，解調(diào)器4還與一解調(diào)參照信號(hào)發(fā)生模塊5連接，解調(diào)器4的輸出端與一信號(hào)選擇模塊6連接，信號(hào)選擇模塊6的輸出端即為該系統(tǒng)的輸出端。該載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)在進(jìn)行測(cè)量稱重時(shí)，由載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊1產(chǎn)生載波激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)的幅度和頻率取決于電子測(cè)量電路的驅(qū)動(dòng)能力和帶寬，該信號(hào)的頻率值應(yīng)遠(yuǎn)離工頻頻率值，并且不是工頻頻率值的整數(shù)倍。在外部重力的作用下，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋2輸出一個(gè)具有對(duì)稱包絡(luò)的交流測(cè)量信號(hào)，該交流測(cè)量信號(hào)被交流信號(hào)放大器3進(jìn)行交流信號(hào)放大，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率同相位的交流放大信號(hào)，交流放大信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器4在解調(diào)參照信號(hào)發(fā)生模塊5發(fā)出的解調(diào)參照信號(hào)的控制下分離出無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)，這個(gè)無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)再經(jīng)過信號(hào)選擇模塊6進(jìn)行信號(hào)選擇后，即可還原成有效測(cè)量信號(hào)。由于測(cè)量信號(hào)為交流信號(hào)，這樣就有效避免了采用直流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量存在的缺點(diǎn)ο①當(dāng)交流電壓測(cè)量信號(hào)Vout進(jìn)入后續(xù)的交流放大器進(jìn)行交流信號(hào)放大時(shí)，交流放大器的輸出信號(hào)被疊加上的來自交流放大器本身的噪聲電壓很小。從附圖1可以看出， 在載波激勵(lì)信號(hào)的頻率點(diǎn)fCF上，放大器信號(hào)輸入端的噪聲電壓密度Dnoise很小，在這個(gè)頻率點(diǎn)上的噪聲電壓峰值Vpp-CF =5Dnoise/^2",這個(gè)噪聲電壓峰值只有IOnV級(jí)的水平。如果設(shè)置Id = 2Vpp_CF,則整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量分辨率為
權(quán)利要求
1.一種載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋，其特征在于所述應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸入端與一載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊連接，所述應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸出端與一交流放大器連接，所述交流放大器的輸出端與解調(diào)器連接，所述解調(diào)器還與解調(diào)參照信號(hào)發(fā)生模塊連接，所述解調(diào)器的輸出端與一信號(hào)選擇模塊連接，所述信號(hào)選擇模塊的輸出端為系統(tǒng)輸出端。
2.一種載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵(lì)方法，其特征在于在測(cè)量時(shí)給變計(jì)測(cè)量電橋施加一個(gè)載波激勵(lì)信號(hào)，在外部重力的作用下，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋輸出一個(gè)具有對(duì)稱包絡(luò)的交流測(cè)量信號(hào)，該交流測(cè)量信號(hào)被交流信號(hào)放大器進(jìn)行交流信號(hào)放大，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率同相位的交流放大信號(hào)，交流放大信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器在解調(diào)參照信號(hào)的控制下分離出無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)，這個(gè)無包絡(luò)的測(cè)量信號(hào)再經(jīng)過信號(hào)選擇后，還原成有效測(cè)量信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵(lì)方法，其特征在于載波激勵(lì)信號(hào)的頻率值應(yīng)遠(yuǎn)離工頻頻率值，并且不是工頻頻率值的整數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種載波激勵(lì)應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸入端與一載波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生模塊連接，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋的輸出端與一交流放大器連接，交流放大器的輸出端與解調(diào)器連接，解調(diào)器還與解調(diào)參照信號(hào)發(fā)生模塊連接，解調(diào)器的輸出端與一信號(hào)選擇模塊連接，信號(hào)選擇模塊的輸出端為系統(tǒng)輸出端。該系統(tǒng)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，產(chǎn)生載波激勵(lì)信號(hào)給應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋施加一個(gè)載波電壓信號(hào)作為激勵(lì)，應(yīng)變計(jì)測(cè)量電橋輸出與載波激勵(lì)信號(hào)同頻率同相位的交流電壓信號(hào)，這個(gè)交流電壓信號(hào)輸送給后續(xù)電路進(jìn)行處理時(shí)，完全避免了采用直流激勵(lì)技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01G3/142GK102183286SQ20111005538
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者龔小林 申請(qǐng)人:蘇州鈕曼精密機(jī)電有限公司