本發(fā)明涉及電阻測量領(lǐng)域，尤其涉及一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路。

背景技術(shù)：

電阻的測量十分普遍，在各種電阻測量方法中，伏安法又以精度高而普遍應(yīng)用。伏安法通過利用歐姆定律：R＝U/I來測出電阻值。對被測電阻施加已知激勵電壓(恒壓源電路)，然后測量被測電阻中的電流，或?qū)Ρ粶y電阻施加已知激勵電流(恒流源電路)，然后測量被測電阻中的電壓，可計算出未知電阻的阻值。

為了提高信號的采集質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號為CN 104808063A，公告日為2015年7月29的專利申請利用三角波作為激勵信號來提高電阻測量的質(zhì)量。

發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點和不足：

由于現(xiàn)有的測量電路無一例外地均采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在靠近輸入極限(最大或最小幅值)時存在顯著的非線性，特別是輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號電平越低，得到的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的不確定度越大。

因此，采用純凈三角波作為激勵信號時，在三角波的低電平部分得到的數(shù)字信號的信噪比就很低，從而影響了信號的采集精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路，本發(fā)明通過將三角波調(diào)整為抬高預(yù)設(shè)電平的三角波，提高了電阻的測量精度，詳見下文描述：

一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路，包括：微控制器，與所述微控制器連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接電壓電流轉(zhuǎn)換器，所述電壓電流轉(zhuǎn)換器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)置有放大器，

所述微控制器控制所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出正負周期對稱的抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號，所述抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號經(jīng)過所述電壓電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號，所述抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號激勵被測電阻產(chǎn)生電壓信號；

所述電壓信號經(jīng)由所述放大器放大后輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到所述微控制器；

在模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，數(shù)字信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段，獲取到數(shù)字信號的信噪比，進而提高了輸入到微處理中的數(shù)字信號的精度；

所述微控制器將抬高預(yù)設(shè)電平三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻，計算出所述被測電阻的阻值。

其中，作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的高電平部分，提高了獲取到數(shù)字信號的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為數(shù)字信號的動態(tài)范圍一半以上最佳。

一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路，包括：微控制器，與所述微控制器連接的電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)置有放大器，

所述微控制器控制所述電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出正負周期對稱的抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號，所述抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號激勵被測電阻產(chǎn)生電壓信號；

所述電壓信號經(jīng)由所述放大器放大后輸入到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到所述微控制器；

在模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，數(shù)字信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段，獲取到數(shù)字信號的信噪比，進而提高了輸入到微處理中的數(shù)字信號的精度；

所述微控制器將抬高預(yù)設(shè)電平三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻，計算出所述被測電阻的阻值。

其中，作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的高電平部分，提高了獲取到數(shù)字信號的信噪比。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值為數(shù)字信號的動態(tài)范圍一半以上最佳。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明通過微控制器將抬高預(yù)設(shè)電平三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻，計算出被測電阻的阻值；本發(fā)明相較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104808063A，公告日為2015年7月29的專利申請，本發(fā)明顯著地提高了數(shù)字信號的精度，進而提高了輸入到微處理器中的數(shù)字信號的精度，使得微控制器計算出較高精度的被測電阻。本發(fā)明實現(xiàn)了高速度、大信息的高精度測量，且具有結(jié)構(gòu)和電路簡單、器件和工藝要求低、調(diào)試容易、可靠性高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為實施例1的一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例1的抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號示意圖；

圖3為實施例2的一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實施例2的抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號示意圖；

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

MCU：微控制器； DAC：數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

VCC：電壓電流轉(zhuǎn)換器； A：放大器；

ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換器； Z_x：被測電阻；

IDAC：電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器； I_i：抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號；

V_i：抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

參見圖1，一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路，包括：微控制器MCU、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、電壓電流轉(zhuǎn)換器VCC、放大器A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC；

微控制器MCU控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出如圖2所示的正負周期對稱的抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號，抬高預(yù)設(shè)電平三角波電壓信號經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換器VCC轉(zhuǎn)換成抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號I_i，抬高預(yù)設(shè)電流值三角波電流信號I_i激勵被測電阻Z_x，產(chǎn)生電壓信號V_i＝I_iZ_x，電壓信號經(jīng)由放大器A放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到微控制器MCU，微控制器MCU將三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻Z_x，可以計算出被測電阻Z_x。

本發(fā)明實施例抬高預(yù)設(shè)電平后，在電壓信號經(jīng)由放大器A放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的過程中，噪聲水平?jīng)]有發(fā)生變化，但作為驅(qū)動的三角波信號由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在三角波信號的低電平部分，三角波信號相較于噪聲改善明顯，從而提高了在三角波信號低電平段的數(shù)字信號的信噪比；相較于背景技術(shù)中的公告號為CN 104808063A，公告日為2015年7月29以純凈三角波作為激勵信號的專利申請，本發(fā)明實施例顯著地提高了在三角波信號低電平段的數(shù)字信號的信噪比，進而改善了輸入到微控制器中的轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度。

另外，由于抬高預(yù)設(shè)電平，噪聲水平?jīng)]有變化，在三角波信號的高電平部分，三角波信號相較于噪聲也有一定的改善，提高了在三角波信號高電平段的數(shù)字信號的信噪比。

由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果精度得到提高，進而提高了輸入到微控制器中的數(shù)字信號的精度，微處理器對數(shù)字信號進行處理，可以計算出被測電阻Z_x。

其中，預(yù)設(shè)電平的取值優(yōu)選模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號動態(tài)范圍一半以上，當(dāng)大于等于1/2動態(tài)范圍時，抬高預(yù)設(shè)電平的三角波信號的失真最小，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采集到的數(shù)字信號質(zhì)量最高。

即，將一定時間(整數(shù)個三角波周期)內(nèi)的每個三角波的正半個周期的采樣值v_i累加得到累加和，每個三角波的負半個周期的采樣值v_j累加得到累加和，這兩個累加和相減，得到的結(jié)果(實際為三角波的面積)正比于被測電阻Z_x，可以計算出被測電阻Z_x，推導(dǎo)如下：

以一個周期為例計算三角波的面積，每個周期采樣2k次，前k次累加和后k次累加：

在一個三角波周期內(nèi)采樣值的平均值為：

在一個三角波周期內(nèi)三角形的面積為：

當(dāng)在正半個周期采樣時，采樣值v為v_i；當(dāng)在負半個周期采樣時，采樣值v為v_j。

即，

前一項：時計算正半周期，后一項：計算負半周期。

注意前后兩項的是相同的值，但且v_j＞0，所以

對幅值為x的被采樣值，如果在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點并進行平均，得到的平均值是

其中，[x]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x進行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。x_i是第i點的幅值，[x_i]是模數(shù)轉(zhuǎn)換器對x_i進行量化，也即按四舍五入圓整得到的正整數(shù)。

(6)式表明，對一個比較“干凈”的信號采樣多次進行平均，并不能提高其精度，所得到的平均值的誤差與單次采樣的誤差相同，為Δx_i。

如果對幅值為x的被采樣鋸齒波，同樣在一定的時間內(nèi)均勻采樣N(>>1)點并進行平均，得到的平均值是

其中，x_i＝m_i+Δx_i，m_i＝[x_i]。也即是圓整得到正整數(shù)，而是被四舍五入后丟去的“隨機”誤差。

(7)式可以進一步利用等差級數(shù)求和公式得到：

(8)式中的前一項是量化后的值，雖然比(6)式的結(jié)果小了一半，但按照誤差理論，一個數(shù)據(jù)的精度并不因乘以一個固定非零常數(shù)而改變。但后面一項中是零均值的隨機數(shù)，相比(6)式中的要降低倍，因此，對鋸齒波或三角波激勵信號進行過采樣后同樣可以得到提高精度的效果，且不需要另外加高頻擾動信號。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波低電平段的數(shù)字信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的數(shù)字信號的信噪比，進而提高了輸入到微控制器中的數(shù)字信號的精度，微處理器對數(shù)字信號進行處理，可以計算出被測電阻Z_x。

實施例2

參見圖3，一種抬高預(yù)設(shè)電平三角波激勵的電阻測量電路，包括：微控制器MCU、電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器IDAC、放大器A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC；

微控制器MCU控制電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器IDAC輸出如圖4所示的正負周期對稱的三角波電流信號I_i，三角波電流信號I_i激勵被測電阻Z_x，產(chǎn)生電壓信號V_i＝I_iZ_x，電壓信號經(jīng)由放大器A放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到微控制器MCU，微控制器MCU將三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻Z_x，可以計算出被測電阻Z_x。

其中，本實施例中的微控制器MCU將三角波的正、負半周期各自數(shù)據(jù)的累加和相減得到的結(jié)果即正比于被測電阻Z_x的詳細操作步驟與實施例1相同，在此不作贅述。

本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實施例相對于背景技術(shù)中的申請文件，顯著地提高了在三角波低電平段的數(shù)字信號的信噪比，且也提高了在三角波信號高電平段的數(shù)字信號的信噪比，進而提高了輸入到微控制器中的數(shù)字信號的精度，微處理器對數(shù)字信號進行處理，可以計算出被測電阻Z_x。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。