信號(hào)拾取電路、變送器和流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種信號(hào)拾取電路、變送器和流量計(jì)。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，該信號(hào)拾取電路用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)，該信號(hào)拾取電路包括：第一輸入端對(duì)，被配置為接收第一差分信號(hào)對(duì)；第二輸入端對(duì)，被配置為接收第二差分信號(hào)對(duì)；第一變壓器；第二變壓器；第一運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器的輸入端通過第一變壓器與第一輸入端對(duì)耦合；以及第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的輸入端通過第二變壓器與第二輸入端對(duì)耦合。該信號(hào)拾取電路能夠抑制濕度、對(duì)地短路或?qū)﹄娐返某休d殼短路對(duì)兩輸出信號(hào)之間的差產(chǎn)生不希望的偏移。
【專利說明】
信號(hào)拾取電路、變送器和流量計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開總體上涉及電信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種信號(hào)拾取電路、變送器和流量計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)量諸如天然氣的流量的物理量時(shí)，通常會(huì)使用傳感器測(cè)量并輸出原始信號(hào)，然后利用變送器將原始信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)。
[0003]在將原始信號(hào)輸入變送器的信號(hào)拾取電路時(shí)，通常信號(hào)拾取電路的輸入端和地是電隔離的，但是由于環(huán)境濕度、輸入端無意間接地或輸入端無意間和電路的承載殼體接觸，導(dǎo)致變送器的輸出信號(hào)相對(duì)于輸入端和地電隔離時(shí)得到輸出信號(hào)發(fā)生不希望的偏移，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中將給出關(guān)于本公開的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本公開的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，此概述并不是關(guān)于本公開的窮舉性概述。它并不是意圖確定本公開的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本公開的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005]根據(jù)本公開的一方面，提供了一種信號(hào)拾取電路，該信號(hào)拾取電路用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)，該信號(hào)拾取電路包括:第一輸入端對(duì)，被配置為接收第一差分信號(hào)對(duì);第二輸入端對(duì)，被配置為接收第二差分信號(hào)對(duì);第一變壓器;第二變壓器;第一運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器的輸入端通過第一變壓器與第一輸入端對(duì)耦合；以及第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的輸入端通過第二變壓器與第二輸入端對(duì)耦合。
[0006]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種變送器，其包括前述信號(hào)拾取電路。
[0007]根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種流量計(jì)，其包括前述變送器。
[0008]根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種拾取信號(hào)的方法，用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)，包括:接收第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)；以及分別通過第一變壓器和第二變壓器將所接收的第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)分別耦合到第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的輸入端。
[0009]該信號(hào)拾取電路和方法能夠抑制濕度、對(duì)地短路或?qū)﹄娐返某休d殼短路對(duì)兩輸出信號(hào)之間的差產(chǎn)生不希望的偏移。
【附圖說明】
[0010]本公開可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分。在附圖中:
[0011 ]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路的模塊圖；
[0012]圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路的示例性電路圖；
[0013]圖3是根據(jù)一個(gè)比較例的信號(hào)拾取電路的電路圖；
[0014]圖4圖示根據(jù)圖3所示的比較例的信號(hào)拾取電路輸出的兩拾取信號(hào)的波形圖；
[0015]圖5是根據(jù)另一比較例的輸入端對(duì)電路的承載殼體短路的信號(hào)拾取電路的電路圖；以及
[0016]圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本公開的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施例的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過程中可以做出很多特定于實(shí)施例的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，并且這些決定可能會(huì)隨著實(shí)施例的不同而有所改變。
[0018]在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本公開，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本公開的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)，而省略了與本公開關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0019]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路100的模塊圖。如圖1所示，信號(hào)拾取電路100用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)。信號(hào)拾取電路100包括:第一輸入端對(duì)103a，被配置為接收第一差分信號(hào)對(duì);第二輸入端對(duì)103b，被配置為接收第二差分信號(hào)對(duì);第一變壓器105a;第二變壓器105b;第一運(yùn)算放大器107a，第一運(yùn)算放大器107a的輸入端通過第一變壓器105a與第一輸入端對(duì)103a耦合；以及第二運(yùn)算放大器107b，第二運(yùn)算放大器107b的輸入端通過第二變壓器105b與第二輸入端對(duì)103b耦合。第一運(yùn)算放大器107a對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行處理，輸出第一輸出。第二運(yùn)算放大器107b對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn)行處理，輸出第二輸出。
[0020]第一輸出和第二輸出將作為下一級(jí)處理電路的輸入被進(jìn)一步處理。例如，第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)是流量傳感器輸出的差分信號(hào)對(duì)，下一級(jí)處理電路比較第一輸出和第二輸出，提取第一輸出和第二輸出的初始相位之間的差，從而得出流量。
[0021]圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路100的示例性電路圖，其具體實(shí)現(xiàn)圖1中所圖示的信號(hào)拾取電路100的模塊圖的各個(gè)單元。圖2中電源V3、V4、V5提供直流電，圖3和圖5中的電源V3、V4、V5也提供直流電。信號(hào)拾取電路100可以在變送器中使用，而這樣的變送器可以在流量計(jì)中使用。
[0022]信號(hào)拾取電路100用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)(S卩LPO+及LP0-)和第二差分信號(hào)對(duì)(即，RPO+及RP0-)，包括:第一輸入端對(duì)V6，被配置為接收第一差分信號(hào)對(duì);第二輸入端對(duì)V2，被配置為接收第二差分信號(hào)對(duì);第一變壓器TXl;第二變壓器TX2;第一運(yùn)算放大器OAl，第一運(yùn)算放大器OAl的輸入端通過第一變壓器TXl與第一輸入端對(duì)耦合；以及第二運(yùn)算放大器0A2，第二運(yùn)算放大器0A2的輸入端通過第二變壓器TX2與第二輸入端對(duì)耦合。
[0023]即，在信號(hào)拾取電路100的輸入端對(duì)V6、V2分別輸入差分信號(hào)對(duì):由正相差分信號(hào)LPO+和反相差分信號(hào)LPO-構(gòu)成的第一差分信號(hào)對(duì)，第一差分信號(hào)對(duì)輸入輸入端對(duì)V6;由正相差分信號(hào)RPO+和反相差分信號(hào)RPO-構(gòu)成的第二差分信號(hào)對(duì)，第二差分信號(hào)對(duì)輸入輸入端對(duì)V2。
[0024]第一運(yùn)算放大器OAl和第二運(yùn)算放大器0A2的型號(hào)例如可以是LM6132BIN。優(yōu)選使用放大精度高、零漂低的運(yùn)算放大器。
[0025]根據(jù)輸入的差分信號(hào)對(duì)中信號(hào)的頻率范圍選擇合適的第一變壓器TXl和第二變壓器TX2。對(duì)于流量計(jì)而言，常見的差分信號(hào)為200Hz量級(jí)，屬于低頻區(qū)域。因此，對(duì)于在流量計(jì)中使用的信號(hào)拾取電路，第一變壓器TXl和第二變壓器TX2可以選擇為低頻變壓器。
[0026]線性變壓器是常見的變壓器，其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，第一變壓器TXl和第二變壓器TX2選擇為線性變壓器。
[0027]優(yōu)選第一變壓器TXl和第二變壓器TX2相同。具體而言，第一變壓器TXl的初級(jí)繞組和第二變壓器TX2的初級(jí)繞組的配置相同，或者基本相同，并且第一變壓器TXl的次級(jí)繞組和第二變壓器TX2的次級(jí)繞組的配置相同，或者基本相同。第一變壓器TXl和第二變壓器TX2的表征參數(shù)盡量一致。
[0028]進(jìn)一步的，第一變壓器TXl的初級(jí)繞組的電感和第二變壓器TX2的初級(jí)繞組的電感相同，并且第一變壓器TXl的次級(jí)繞組的電感和第二變壓器TX2的次級(jí)繞組的電感相同。
[0029]優(yōu)選，第一變壓器TXl的初級(jí)繞組的電感小于第一變壓器TX的次級(jí)繞組的電感，其中，第一、二變壓器TXl、TX2的初級(jí)繞組的電感盡量低。第一變壓器TXl的初級(jí)繞組的電感優(yōu)選小于60mH。
[0030]例如，第一變壓器TXl的初級(jí)繞組的電感和第二變壓器TX2的初級(jí)繞組的電感都選擇為50mH;第一變壓器TXl的次級(jí)繞組的電感和第二變壓器TX2的次級(jí)繞組的電感都選擇為170mHo
[0031]為了檢驗(yàn)信號(hào)拾取電路100的效果，選擇通用電路分析程序Pspice來進(jìn)行電路仿真。圖2中示出了在仿真時(shí)使用的各個(gè)元件的參數(shù)(如電阻值、電感值、電容值)。需要注意的是，圖2中所示出的各元件的參數(shù)僅作為示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白:可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性改變。
[0032]第一運(yùn)算放大器OAl的輸出端輸出第一輸出LP0_0UT。第二運(yùn)算放大器0A2的輸出端輸出第二輸出RP0_0UT。
[0033]通常情況下，拾取電路100的第一輸入端對(duì)V6中的輸入端(簡(jiǎn)稱第一輸入端)、第二輸入端對(duì)V2中的輸入端(簡(jiǎn)稱第二輸入端)是和地以及電路的承載殼體是電隔離的，在這樣的電隔離情況下，第一輸入端、第二輸入端對(duì)地或電路的承載殼體的阻抗通常為100ΜΩ量級(jí)(例如100ΜΩ以上)。但是由于環(huán)境濕度、輸入端無意間接地或輸入端無意間和電路的承載殼體接觸，導(dǎo)致第一輸入端、第二輸入端對(duì)地或電路的承載殼體的阻抗下降，例如將為IMΩ或更低。在圖2中，用R18表示第一輸入端無意間和電路的承載殼體接觸所導(dǎo)致的第一輸入端的對(duì)殼體的阻抗，用R19表示第二輸入端無意間和電路的承載殼體接觸所導(dǎo)致的第二輸入端的對(duì)殼體的阻抗。有意選擇R18為1ΜΩ、R19為3ΜΩ，來仿真輸入信號(hào)對(duì)殼不平衡短路。1?5、1?6、1?7和1?8的阻值選擇為10(^0，以增加OAl和0A2的增益。
[0034]在仿真時(shí)，將LP0+、LP0-、RP0+和RPO-均選擇為正弦交流信號(hào)，振幅為0.2V，頻率為200Hz，兩變壓器的耦合系數(shù)都選擇為I。
[0035]通過獲得正弦第一拾取信號(hào)LP0_0UT和第二拾取信號(hào)RP0_0UT的初始相位之間的差Δ φ，可以得到流量V。具體而言，ν= Δ t*k，其中，￥的單位為g/s;k為已知的流量校準(zhǔn)因子(Flow calibrat1n factor，通常簡(jiǎn)寫為FCF)，單位為g/ys; Δ t為第二拾取信號(hào)和第一拾取信號(hào)的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差，單位為ys。在仿真中k = I OOOgAis。
[0036]為了說明信號(hào)拾取電路100的有益效果。下面介紹一作為比較例的信號(hào)拾取電路300。
[0037]圖3圖示根據(jù)比較例的信號(hào)拾取電路300。和信號(hào)拾取電路100不同的是，V6和OAl之間沒有使用變壓器，V2和0A2之間也沒有使用變壓器，并且V6和V2均和地、電路的承載殼體無連接(即很好的電隔離)。設(shè)置從V6和V2輸入的信號(hào)，以對(duì)應(yīng)50ns的時(shí)間差(用At0表不;即設(shè)置從V6和V2輸入的信號(hào)，第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)LPO+和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)RPO+的初始相位之間的差為ω Δ to，Δ to = 50ns)，然后用Pspice仿真，獲得LP0_0UT和RP0_0UT的波形圖。對(duì)圖3所示的信號(hào)拾取電路300，所獲得的波形圖如圖4所示，其中，上波形圖對(duì)應(yīng)LP0_0UT的波形圖，下波形圖對(duì)應(yīng)RP0_0UT的波形圖。RP0_0UT和LP0_OUT的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差為:Δ t=1.253043ms-1.252993ms = 50ns。即，對(duì)和電路的承載殼體電隔離的拾取電路300，△ t= △ to，時(shí)間差未發(fā)生不希望的偏移。
[0038]當(dāng)信號(hào)拾取電路300的輸入端對(duì)電路的承載殼體短路后，電路變?yōu)槿鐖D5所示的電路50(LLP0+對(duì)地呈現(xiàn)1ΜΩ的阻抗。Pspice仿真結(jié)果表明:在輸入信號(hào)不變的情況下(即設(shè)置從V6和V2輸入的信號(hào)，第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)LPO+和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)RPO+的初始相位之間的差為ω Δ to，Δ to = 50ns)，RP0_0UT和LP0_0UT的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差Δ t為:1.253084ms-l.252993ms = 91ns。相對(duì)于真實(shí)的50ns的時(shí)間差，發(fā)生41ns的不希望的偏移。這導(dǎo)致1000*0.041 =41g/s的流量偏移。
[0039]對(duì)于信號(hào)拾取電路100，PspiCe仿真結(jié)果表明:在輸入信號(hào)不變的情況下(即At0= 50ns)，Δ t為2.606587ms-2.606537ms = 50ns。即，變壓器的使用抑制了輸入對(duì)電路的承載殼體短路所引起的不希望的時(shí)間差偏移，保證了流量的測(cè)量準(zhǔn)確性。
[0040]仿真表明，對(duì)信號(hào)拾取電路100，在第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)的頻率為200Hz，第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)的初始相位之間的差為零，并且第一輸入端和第二輸入端對(duì)地阻抗中的至少I個(gè)不高于10ΜΩ的情況下，第一運(yùn)算放大器的輸出和第二運(yùn)算放大器的輸出的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差能夠小于5ns，例如Ins。
[0041]圖6是使用圖1所示的信號(hào)拾取電路(具體可以例如是圖2所圖示的電路)的拾取信號(hào)的方法600的流程圖。方法600用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)(LP0+及LP0-)和第二差分信號(hào)對(duì)(RP0+及RP0-)。在步驟603處接收兩個(gè)差分信號(hào)對(duì)，S卩，接收第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)。在步驟605處分別通過兩個(gè)變壓器將所接收的信號(hào)耦合到兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸入端，即，分別通過第一變壓器TXl和第二變壓器TX2將所接收的第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)耦合到第一運(yùn)算放大器(OAl)和第二運(yùn)算放大器(0A2)的輸入端。在步驟607處執(zhí)行放大和輸出，將第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器各自的輸入信號(hào)放大并輸出放大的信號(hào)。
[0042]仿真表明，對(duì)方法600能夠獲得如下性能，在第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)的頻率為200Hz，第一差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)和第二差分信號(hào)對(duì)中的正相差分信號(hào)的初始相位之間的差為零，并且接收第一差分信號(hào)對(duì)的輸入端和接收第二差分信號(hào)對(duì)的輸入端中的至少一個(gè)的對(duì)地阻抗不高于10MΩ的情況下，第一運(yùn)算放大器的輸出和第二運(yùn)算放大器的輸出的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差能夠小于5ns，例如Ins。
[0043]信號(hào)拾取電路100及方法600能夠取得如下有益效果:在拾取信號(hào)期間增強(qiáng)電路的輸入抗共模干擾能力；用于抑制環(huán)境濕度對(duì)電路的兩輸出信號(hào)之間的差產(chǎn)生不希望的偏移;減弱電路的輸入信號(hào)對(duì)地短路對(duì)電路輸出信號(hào)造成的影響。尤其是在以下情況下，上述有益效果將更加明顯:第一輸入端和第二輸入端的對(duì)地阻抗中的至少I個(gè)不高于10ΜΩ。
[0044]盡管上面已經(jīng)通過對(duì)本公開的具體實(shí)施例的描述對(duì)本公開進(jìn)行了披露，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)設(shè)計(jì)對(duì)本公開的各種修改、改進(jìn)或者等同物。這些修改、改進(jìn)或者等同物也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包括在本公開的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0045]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、要素或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要素或組件的存在或附加。涉及序數(shù)的術(shù)語“第一”或“第二”等并不表示這些術(shù)語所限定的特征、要素或組件的實(shí)施順序或者重要性程度，而僅僅是為了描述清楚起見而用于在這些特征、要素或組件之間進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種信號(hào)拾取電路，用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)和第二差分信號(hào)對(duì)，所述信號(hào)拾取電路包括: 第一輸入端對(duì)，被配置為接收所述第一差分信號(hào)對(duì)； 第二輸入端對(duì)，被配置為接收所述第二差分信號(hào)對(duì)； 第一變壓器； 第二變壓器； 第一運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器的輸入端通過所述第一變壓器與所述第一輸入端對(duì)耦合;以及 第二運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大器的輸入端通過所述第二變壓器與所述第二輸入端對(duì)親合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路，其中，所述第一變壓器和所述第二變壓器為線性變壓器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路，其中，所述第一變壓器的初級(jí)繞組和所述第二變壓器的初級(jí)繞組的配置相同，并且所述第一變壓器的次級(jí)繞組和所述第二變壓器的次級(jí)繞組的配置相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路，其中，所述第一變壓器的初級(jí)繞組的電感和所述第二變壓器的初級(jí)繞組的電感相同，并且所述第一變壓器的次級(jí)繞組和所述第二變壓器的次級(jí)繞組的電感相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路，其中，所述第一變壓器的初級(jí)繞組的電感小于所述第一變壓器的次級(jí)繞組的電感。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路，其中，所述第一變壓器的初級(jí)繞組的電感小于6 OmH ο7.—種變送器，包括權(quán)利要求1所述的信號(hào)拾取電路。8.一種流量計(jì)，包括權(quán)利要求7所述的變送器。
【文檔編號(hào)】G01F15/00GK205426257SQ201620119688
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年2月14日
【發(fā)明人】劉成珺, 高鳳川
【申請(qǐng)人】高準(zhǔn)有限公司