專利名稱:多通道物理量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及測(cè)量裝置,尤其是涉及一種多通道物理量測(cè)量裝置。
背景技術(shù):
在許多工業(yè)領(lǐng)域都需要測(cè)量對(duì)象的物理參數(shù),例如壓力、溫度、速度等參數(shù),從而得知對(duì)象的狀態(tài)。在涉及控制的領(lǐng)域,這些參數(shù)作為變量,參與到控制機(jī)制中。電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今,這些參數(shù)被測(cè)量后,都會(huì)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),進(jìn)行后續(xù)的處理。相應(yīng)的,一個(gè)典型的測(cè)量裝置通常包括傳感器以及與之適配的測(cè)量電路。傳感器負(fù)責(zé)將所檢測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào),而測(cè)量電路負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、校準(zhǔn)、量化等諸多處理,以獲得所期望的高精度測(cè)量結(jié)果。理想的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。并且,期望該測(cè)量系統(tǒng)有額外的特點(diǎn),以適應(yīng)特定場(chǎng)合的需求。例如,當(dāng)同時(shí)對(duì)多路物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí),需要測(cè)量系統(tǒng)具有多通道測(cè)量能力。一般地,每一測(cè)量通道都會(huì)占用測(cè)量系統(tǒng)的一路測(cè)量和處理電路。這會(huì)使測(cè)量系統(tǒng)變得龐大,并且成本大幅上升。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多通道物理量測(cè)量裝置,以復(fù)用多通道的某些處理資源。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是一種多通道物理量測(cè)量裝置,包括多個(gè)傳感器、多個(gè)信號(hào)濾波器、一多路模擬開關(guān)、一信號(hào)調(diào)理電路、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一微控制器。多個(gè)傳感器用于測(cè)量物理量,并獲得表征該物理量的模擬信號(hào)。多個(gè)信號(hào)濾波器一一對(duì)應(yīng)地連接各傳感器,用于濾除該模擬信號(hào)中的干擾信號(hào)。多路模擬開關(guān)連接各信號(hào)濾波器,該多路模擬開關(guān)根據(jù)一控制信號(hào)將來自多個(gè)信號(hào)濾波器的模擬信號(hào)分時(shí)地切換輸出,每一時(shí)刻只輸出一個(gè)模擬信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路連接該多路模擬開關(guān),以接收多路模擬開關(guān)輸出的單個(gè)模擬信號(hào),并進(jìn)行濾波、以及放大或衰減。模數(shù)轉(zhuǎn)換器,連接該信號(hào)調(diào)理電路,以將信號(hào)調(diào)理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微控制器連接該模數(shù)轉(zhuǎn)換器和該多路模擬開關(guān),該微控制器發(fā)出該控制信號(hào)以切換到一信號(hào)濾波器,且通過該模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集對(duì)應(yīng)該信號(hào)濾波器的模擬信號(hào),并根據(jù)經(jīng)該模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換獲得的數(shù)字信號(hào)計(jì)算所測(cè)量的物理量。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,還包括多個(gè)過壓保護(hù)電路,一一對(duì)應(yīng)地連接在各傳感器和各信號(hào)濾波器之間。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,至少部分傳感器所輸入的信號(hào)為差分信號(hào)。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,該信號(hào)調(diào)理電路具有差分信號(hào)-單端信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,該信號(hào)調(diào)理電路還包括正向放大/衰減電路,對(duì)正向信號(hào)進(jìn)行放大或衰減,并將負(fù)向信號(hào)箝位為零;以及負(fù)向放大/衰減電路,對(duì)負(fù)向信號(hào)進(jìn)行反向,以及放大或衰減,并將正向信號(hào)箝位為零。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,至少部分傳感器為熱電偶。對(duì)應(yīng)地,多通道物理量測(cè)量裝置中還可包括冷端溫度測(cè)量電路,測(cè)量熱電偶的冷端溫度,并輸入至微控制器。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,還包括熱電偶斷路檢測(cè)電路,連接在各信號(hào)濾波器的輸入端,用以檢測(cè)信號(hào)濾波器所在的通道上是否連接有熱電偶。在上述的多通道物理量測(cè)量裝置中,該熱電偶斷路檢測(cè)電路包括第一信號(hào)源和第二信號(hào)源。第一信號(hào)源疊加于熱電偶的其中一輸入端,該第一信號(hào)源具有一第一電壓和一第一內(nèi)阻,該第一內(nèi)阻與該熱電偶的內(nèi)阻的比例大于10000 1。第二信號(hào)源疊加于熱電偶的另一輸入端,該第二信號(hào)源具有一第二電壓和一第二內(nèi)阻,該第二電壓與該第一電壓之差的絕對(duì)值大于該熱電偶的輸出電壓峰值的絕對(duì)值,該第二內(nèi)阻與該熱電偶的內(nèi)阻的比例大于10000 1。其中微控制器根據(jù)所檢測(cè)到的輸入信號(hào)是否超出熱電偶的輸出電壓范圍,來確定熱電偶是否連接。本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案,使之與現(xiàn)有技術(shù)相比,可通過多路通道的切換,使得信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等器件可以得到復(fù)用,因此節(jié)省了裝置的硬件開銷。此外,本實(shí)用新型具有熱電偶斷路檢測(cè)功能,可以避免因熱電偶未接入造成的誤檢,提高系統(tǒng)
可靠性。
為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂,
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明,其中圖1示出本實(shí)用新型一實(shí)施例的多通道物理量測(cè)量裝置示意圖。圖2示出本實(shí)用新型另一實(shí)施例的多通道物理量測(cè)量裝置示意圖。圖3示出基于差分信號(hào)輸入的過壓保護(hù)電路和信號(hào)濾波器。圖4示出多路模擬開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例。圖5示出信號(hào)調(diào)理電路的一個(gè)實(shí)施例。圖6示出熱電偶斷路檢測(cè)電路示意圖。圖7示出圖6的等效電路。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型下面將參照附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)用新型中,物理量可以指壓力、溫度、速度、加速度、電壓、電流或者其他物理參數(shù)。在測(cè)量非電信號(hào)的場(chǎng)合中,傳感器是指能將其他信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件,例如壓力傳感器、加速度傳感器等。在測(cè)量電信號(hào)的場(chǎng)合中,傳感器是指能進(jìn)行電流和電壓采集的器件,例如以感應(yīng)方式獲得電流和電壓信號(hào)的器件,或者是取樣電阻。圖1示出本實(shí)用新型一實(shí)施例的多通道物理量測(cè)量裝置示意圖。參照?qǐng)D1所示,測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例包含多個(gè)傳感器11-1,11-2,. . .,11-n,與這些傳感器對(duì)應(yīng)的過壓保護(hù)電路12-1,12-2,. . .,2-n,以及信號(hào)濾波器13-1,13-2,. . .,13-n。其中,η為正整數(shù)。每一傳感器、過壓保護(hù)電路、信號(hào)濾波器構(gòu)成一路測(cè)量通道。每一測(cè)量通道可以測(cè)量相同的物理參數(shù),也可以測(cè)量不同的物理參數(shù)。例如,傳感器11-1所在的通道測(cè)量溫度,而傳感器11-2所在的通道測(cè)量壓力。各個(gè)傳感器所輸出信號(hào)均為表征各物理量的模擬信號(hào)。各傳感器11-1,11-2,. . .,ll-η通過接插件與裝置連接后,輸入的信號(hào)就送入裝置了。由于傳感器連接線所處的外界環(huán)境可能很惡劣,可能會(huì)出現(xiàn)過電壓等可能損壞設(shè)備的現(xiàn)象,因此將輸入信號(hào)首先輸入各個(gè)過壓保護(hù)電路12-1,12-2,. . .,12-n,進(jìn)行限壓保護(hù)。 當(dāng)外界電壓超過一定閾值的時(shí)候,過壓保護(hù)電路就會(huì)起作用,把電壓箝位在允許的安全范圍之內(nèi),確保輸入內(nèi)部的信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)高壓,進(jìn)而損壞裝置內(nèi)部電路。經(jīng)過各過壓保護(hù)電路12-1,12-2,. . .,12_n的信號(hào)進(jìn)入各信號(hào)濾波器13_1, 13-2,...,13-n。由于存在諸如電磁干擾等因素,或者由于傳感器地線與其他電路相連,因此信號(hào)存在諸多干擾信號(hào)。各信號(hào)濾波器13-1,13-2,...,13-n可對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行濾波, 消除疊加在有用信號(hào)上的干擾信號(hào),還原出真實(shí)的被測(cè)信號(hào)。由于干擾大多是高頻的,因此各信號(hào)濾波器通常為低通濾波電路。關(guān)于濾波電路的截止頻率,需要根據(jù)其表征的物理量,判斷被測(cè)信號(hào)可能存在的最高頻率,并留下充分的余量,把其余高頻信號(hào)濾除。例如,對(duì)溫度信號(hào)來說,它是變化比較緩慢的物理信號(hào),因此在一實(shí)施例中,低通濾波截止頻率設(shè)置在IOOHz以下,也就是只需要IOOHz以下的信號(hào)能夠通過濾波電路輸入。由于外部輸入信號(hào)往往與本測(cè)量裝置使用的不是同一個(gè)信號(hào)地,因此在圖3所示的一個(gè)較佳實(shí)施例中,采用雙端差分輸入的方式,將外部信號(hào)輸入至各個(gè)過壓保護(hù)電路 12-1,12-2,. . .,2-n 中。當(dāng)然可以理解,雙端差分輸入的方式也可以用于外部輸入信號(hào)與本測(cè)量裝置使用同一個(gè)信號(hào)地的場(chǎng)合。到目前為止,每一個(gè)被測(cè)參數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量通道。如果將經(jīng)過上述處理的電壓信號(hào)直接送入后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路15,則信號(hào)調(diào)理電路15上就需要根據(jù)電壓信號(hào)的路數(shù)來配置相應(yīng)套數(shù)的信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。然而高質(zhì)量的信號(hào)調(diào)理電路成本很高,而且對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的電路板設(shè)計(jì)也有很高的要求,給開發(fā)帶來額外的難度,而且微控制單元 (Micro Control Unit)往往沒有那么多數(shù)據(jù)采集端口。為應(yīng)對(duì)上述的情形,在本實(shí)施例中采用多路模擬開關(guān)14。多路模擬開關(guān)可以把經(jīng)過濾波后的η路(在只有部分通道工作時(shí)小于η路)模擬信號(hào),根據(jù)MCU16的控制信號(hào)分時(shí)切換到同一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路15中去。每一時(shí)刻,只有一個(gè)模擬信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理電路 15。這樣就巧妙的降低了系統(tǒng)成本,也減小了電路板設(shè)計(jì)的難度。MCU 16在控制時(shí),首先輸出一控制信號(hào),將多路模擬開關(guān)14接通到某一測(cè)量通道 (如圖4的通道1),并延時(shí)一段時(shí)間,讓整個(gè)電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。在此過程中,當(dāng)前接通的測(cè)量通道的模擬信號(hào)將輸入到A/D轉(zhuǎn)換器17。然后MCU 16控制A/D轉(zhuǎn)換器17將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),此時(shí)得出的結(jié)果就對(duì)應(yīng)當(dāng)前接通通道。MCU 16獲得對(duì)應(yīng)當(dāng)前接通通道的
這一數(shù)字信號(hào)。完成采集以后,MCU 16再將多路模擬開關(guān)14接通到下一測(cè)量通道(如圖4的測(cè)量通道幻,……,以此類推。當(dāng)完成最后一個(gè)通道的測(cè)量轉(zhuǎn)換以后,MCU16再控制重新從第一通道開始測(cè)量。由此,MCU 16可獲得由各個(gè)通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào),它反映這些模擬信號(hào)的峰值。圖4示出多路模擬開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例。參照?qǐng)D4所示,共設(shè)置η路開關(guān)。每一信號(hào)輸入通道對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)。在任何時(shí)刻,多路模擬開關(guān)都最多只有一路開關(guān)接通。在剛剛開始工作時(shí),系統(tǒng)將通道1的開關(guān)接通,其余斷開,則通道1的電壓信號(hào)送至多路模擬開關(guān)的輸出端,且輸出至信號(hào)調(diào)理電路15。接下來多路模擬開關(guān)14的控制器控制將通道1開關(guān)關(guān)閉,然后打開通道2開關(guān),再將通道2的電壓信號(hào)送至多路模擬開關(guān)的輸出端,輸出至信號(hào)調(diào)理電路。依次類推,至通道η。這樣所有的電壓信號(hào)就公用了一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路15和 A/D轉(zhuǎn)換器17。信號(hào)調(diào)理電路15的作用是將上述多路模擬開關(guān)的輸出信號(hào),去除共模信號(hào)、放大或衰減、濾波,使之成為適合于MCU 16的A/D轉(zhuǎn)換器17采集的模擬電壓信號(hào)。在使用雙端差分方式輸入外部信號(hào)的實(shí)施例中,此處需要考慮應(yīng)對(duì)雙端信號(hào)的信號(hào)調(diào)理和后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換。盡管存在可處理雙端信號(hào)的信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器,但是在一實(shí)施例中,為了降低電路復(fù)雜度,將雙端差分模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端模擬電壓信號(hào)。圖5示出信號(hào)調(diào)理電路的一個(gè)實(shí)施例,如圖5所示,轉(zhuǎn)換電路51將雙端差分模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端模擬電壓信號(hào)。然后濾波電路52再進(jìn)行一次濾波,去除電路板上各個(gè)電路對(duì)信號(hào)的干擾。接下來,調(diào)整輸入信號(hào)的極性和峰值。濾波后的信號(hào)同時(shí)輸入2路放大電路一路處理輸入信號(hào)是正電壓的情況,該正向放大/衰減電路53將輸入電路直接放大或衰減,送入A/D轉(zhuǎn)換電路17的其中一路。另外一路處理輸入信號(hào)是負(fù)電壓的情況,該負(fù)向放大/衰減電路M將輸入信號(hào)反向,并放大或衰減然后送入A/D轉(zhuǎn)換器17的另一路。當(dāng)被測(cè)信號(hào)為正電壓時(shí),正向電路得到正電壓,這正是我們需要的。負(fù)向電路得到的是負(fù)電壓,但是同時(shí)在負(fù)向電路端有箝位電路,使得負(fù)電壓被箝位到0V。當(dāng)被測(cè)信號(hào)為負(fù)電壓時(shí),與上述的情況正好想反,正向電路得到0V,負(fù)向電路得到我們需要的正電壓。這樣無論輸入電壓是正電壓還是負(fù)電壓,經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路15以后,A/D轉(zhuǎn)換器 17總能得到適合采集的正電壓峰值。并且可以根據(jù)該正電壓出現(xiàn)在正向電路還是反向電路判斷該電壓的正負(fù)極性。A/D轉(zhuǎn)換器17將上述被調(diào)理好的模擬信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換,這樣我們就獲得了某一通道信號(hào)調(diào)理以后的電壓大小。MCU 16可進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和保存。A/D轉(zhuǎn)換器17可以是集成在MCU 16中,也可以是分立的器件。另外,MCU 16可外接其他器件,以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。例如,MCU可以通過通訊接口 18 與電腦等外部設(shè)備進(jìn)行通訊,根據(jù)外部設(shè)備的要求將所需通道的測(cè)量結(jié)果傳輸出去。在本實(shí)用新型中,通訊協(xié)議的種類包括但不限于串口通訊、CAN總線通訊、以及 USB通訊。另外,額外的顯示電路可將各個(gè)通道的參數(shù)、設(shè)備地址、故障檢測(cè)結(jié)果等狀態(tài)實(shí)時(shí)顯不。圖2給出本實(shí)用新型的物理量測(cè)量裝置用于溫度測(cè)量的一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例與前一實(shí)施例相同的部分,如過壓保護(hù)電路22-1,22-2,...,22-n,信號(hào)濾波電路M-1, 24-2,... , 24-n,多路模擬開關(guān)25信號(hào)調(diào)理電路沈等,在此不再贅述,下面主要描述差別之處。在此實(shí)施例中,使用熱電偶21-1,21-2,. . .,21-n作為溫度傳感器。根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器觀得到的各個(gè)熱電偶信號(hào)放大以后的電壓值,轉(zhuǎn)換得到熱電偶實(shí)際的電壓。一般該電壓很微弱,每個(gè)熱電偶2個(gè)輸入端之間只有幾微伏到幾十毫伏左右的微弱電壓。對(duì)于測(cè)量的是熱電偶信號(hào)的情況,本實(shí)施例中設(shè)有額外的冷端溫度測(cè)量電路27。 該電路是依據(jù)熱電偶測(cè)量的原理而設(shè)計(jì)的。具體地說,計(jì)算每個(gè)被測(cè)點(diǎn)實(shí)際溫度需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)物理量1、熱電偶的電壓;2、 熱電偶線與PCB電路板連接點(diǎn)(被稱為“冷端”)的溫度值(被稱為“冷端溫度”),也就是說被測(cè)點(diǎn)溫度=f (熱電偶的電壓,冷端溫度)因此要獲得η個(gè)被測(cè)點(diǎn)溫度就需要測(cè)量η路熱電偶電壓,和η路熱電偶的“冷端溫度”。盡管并非不可行,但實(shí)際上分別測(cè)量η路熱電偶的“冷端溫度”成本很高。因此較佳地是將η個(gè)“冷端”都在電路板上緊密排布在一起,而且通過電路設(shè)計(jì),使這些點(diǎn)的溫度十分接近,幾乎相等。然后在這里放置溫度測(cè)量芯片作為冷端溫度測(cè)量電路27,測(cè)量該點(diǎn)的溫度。由此得到冷端溫度。冷端溫度測(cè)量芯片可能的輸出包括模擬電壓輸出和數(shù)字輸出。如果是模擬電壓輸出,則信號(hào)送入MCU四轉(zhuǎn)換器觀,由MCU四獲取其輸出電壓大小,并由此計(jì)算出冷端溫度值。如果是數(shù)字輸出,則MCU四直接就獲得其溫度數(shù)值。得到以上熱電偶的電壓、冷端溫度兩個(gè)數(shù)據(jù)以后,再通過電壓-溫度曲線,計(jì)算熱電偶所在點(diǎn)的實(shí)際溫度,并存儲(chǔ)于MCU 29內(nèi)部。MCU四處理后將熱電偶所在點(diǎn)的溫度計(jì)算出來,用顯示器(圖未示)顯示,并可通過通訊接口 30傳輸給電腦上的軟件,用于記錄和曲線顯示。對(duì)于被測(cè)信號(hào)是熱電偶的情況,熱電偶斷路檢測(cè)電路23-1,23_2,. . .,23_n能夠識(shí)別熱電偶是否接入。否則在熱電偶沒有接入的情況下,差分兩端因?yàn)闆]有信號(hào)輸入得到 0電壓,裝置會(huì)認(rèn)為熱電偶所處的溫度和冷端溫度一樣,從而得出一個(gè)錯(cuò)誤的溫度數(shù)值。圖6示出熱電偶斷路檢測(cè)電路的示意圖。在此,無需添加任何額外的控制和額外的監(jiān)測(cè)電路,只需在每個(gè)通道上疊加一個(gè)信號(hào),利用原有的信號(hào)調(diào)理電路^KA/D轉(zhuǎn)換器洲就能夠檢測(cè)出熱電偶是否接入。具體方法如下熱電偶信號(hào)的輸出范圍一般在-IOOmV +IOOmV之間。我們?cè)跓犭娕夹盘?hào)的2個(gè)輸入端疊加兩個(gè)信號(hào),其電壓之差的絕對(duì)值顯著大于該熱電偶電壓信號(hào)峰值的絕對(duì)值,且信號(hào)內(nèi)阻很大。在圖7所示的等效電路圖中,疊加信號(hào)的內(nèi)阻R1、R2很大,理想信號(hào)源的輸出信號(hào)為固定的直流電壓,則疊加在熱電偶輸入端兩端的電壓Vdiff = V1_V2,該電壓的絕對(duì)值超出熱電偶信號(hào)的正常輸出時(shí)的電壓峰值的絕對(duì)值。這使得該電壓與正常電壓有明顯的區(qū)別。舉例來說,Vdiff的絕對(duì)值超過熱電偶信號(hào)的電壓輸出峰值的絕對(duì)值10倍以上,即大于 1OOOmV。熱電偶的輸出內(nèi)阻Ri很小,遠(yuǎn)小于R1、R2。這可以使疊加信號(hào)對(duì)熱電偶信號(hào)的影響盡量小,從而使系統(tǒng)保持所期望的精度。例如,信號(hào)內(nèi)阻Rl、R2與熱電偶的輸出內(nèi)阻Ri 的比例可以均大于10000 1。當(dāng)熱電偶不連接的時(shí)候,輸入端A、B斷路,輸出端C、D的電壓就等于該疊加信號(hào) Vdiff = V1-V2,該信號(hào)經(jīng)過后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路沈的濾波、放大等,進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器28。MCU29測(cè)量發(fā)現(xiàn)熱電偶的輸入信號(hào)大于正常范圍,據(jù)此判斷該通道沒有接入熱電偶。當(dāng)熱電偶連接時(shí),CD兩端的電壓 Vm = Vi-Vi*Ri/(Rl+R2+Ri) + (Vl_V2)*Ri/ (Rl+R2+Ri),由于 R1+R2 >> Ri,所以 Ri/(Rl+R2+Ri) ^ 0,因此 Vcd ^ Vi_Vi*0+(V1-V2)*0 =Vi。也就是說,信號(hào)疊加電路對(duì)熱電偶信號(hào)幾乎沒有影響,輸入給后續(xù)電路的信號(hào)就等于是熱電偶信號(hào)。MCU四測(cè)量發(fā)現(xiàn)熱電偶的輸入信號(hào)在正常范圍內(nèi),據(jù)此判斷該通道已接入熱電偶。因此,通過以上簡(jiǎn)單的電路,就可以容易地實(shí)現(xiàn)熱電偶是否連接的檢測(cè),從而,裝置不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的檢測(cè)。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上,然其并非用以限定本實(shí)用新型,任何本領(lǐng)域技術(shù)人員,在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作些許的修改和完善,因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于包括多個(gè)傳感器,用于測(cè)量物理量,并獲得表征該物理量的模擬信號(hào); 多個(gè)信號(hào)濾波器,一一對(duì)應(yīng)地連接各傳感器,用于濾除該模擬信號(hào)中的干擾信號(hào); 多路模擬開關(guān),連接各信號(hào)濾波器,該多路模擬開關(guān)根據(jù)一控制信號(hào)將來自多個(gè)信號(hào)濾波器的模擬信號(hào)分時(shí)地切換輸出,每一時(shí)刻只輸出一個(gè)模擬信號(hào);信號(hào)調(diào)理電路,連接該多路模擬開關(guān),以接收多路模擬開關(guān)輸出的單個(gè)模擬信號(hào),并進(jìn)行濾波、以及放大或衰減;模數(shù)轉(zhuǎn)換器,連接該信號(hào)調(diào)理電路,以將信號(hào)調(diào)理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);以及微控制器,連接該模數(shù)轉(zhuǎn)換器和該多路模擬開關(guān),該微控制器發(fā)出該控制信號(hào)以切換到一信號(hào)濾波器,且通過該模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集對(duì)應(yīng)該信號(hào)濾波器的模擬信號(hào),并根據(jù)經(jīng)該模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)計(jì)算所測(cè)量的物理量。
2.如權(quán)利要求1所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,還包括多個(gè)過壓保護(hù)電路,一一對(duì)應(yīng)地連接在各傳感器和各信號(hào)濾波器之間。
3.如權(quán)利要求1所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,至少部分傳感器所輸入的信號(hào)為差分信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,該信號(hào)調(diào)理電路具有差分信號(hào)-單端信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
5.如權(quán)利要求4所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,該信號(hào)調(diào)理電路還包括 正向放大/衰減電路,對(duì)正向信號(hào)進(jìn)行放大或衰減,并將負(fù)向信號(hào)箝位為零;以及負(fù)向放大/衰減電路,對(duì)負(fù)向信號(hào)進(jìn)行反向,以及放大或衰減,并將正向信號(hào)箝位為零。
6.如權(quán)利要求1所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,至少部分傳感器為熱電偶。
7.如權(quán)利要求6所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,還包括冷端溫度測(cè)量電路,測(cè)量熱電偶的冷端溫度,并輸入至微控制器。
8.如權(quán)利要求6所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,還包括熱電偶斷路檢測(cè)電路,連接在各信號(hào)濾波器的輸入端,用以檢測(cè)信號(hào)濾波器所在的通道上是否連接有熱電偶。
9.如權(quán)利要求7所述的多通道物理量測(cè)量裝置,其特征在于,該熱電偶斷路檢測(cè)電路包括第一信號(hào)源,疊加于熱電偶的其中一輸入端,該第一信號(hào)源具有一第一電壓和一第一內(nèi)阻,該第一內(nèi)阻與該熱電偶的內(nèi)阻的比例大于10000 1 ;第二信號(hào)源,疊加于熱電偶的另一輸入端,該第二信號(hào)源具有一第二電壓和一第二內(nèi)阻,該第二電壓與該第一電壓之差的絕對(duì)值大于該熱電偶的輸出電壓峰值的絕對(duì)值,該第二內(nèi)阻與該熱電偶的內(nèi)阻的比例大于10000 1 ;其中所述微控制器根據(jù)所檢測(cè)到的輸入信號(hào)是否超出熱電偶的輸出電壓范圍,來確定熱電偶是否連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多通道物理量測(cè)量裝置,包括多個(gè)傳感器、多個(gè)信號(hào)濾波器、一多路模擬開關(guān)、一信號(hào)調(diào)理電路、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一微控制器。該多路模擬開關(guān)可連接各信號(hào)濾波器,根據(jù)來自微控制器的控制信號(hào)將來自多個(gè)信號(hào)濾波器的電信號(hào)分時(shí)地切換輸出,每一時(shí)刻只輸出一個(gè)電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路連接該多路模擬開關(guān),以接收多路模擬開關(guān)輸出的單個(gè)電信號(hào),并進(jìn)行濾波、以及放大或衰減。然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微控制器發(fā)出該控制信號(hào)以切換到一信號(hào)濾波器后,通過該模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集對(duì)應(yīng)該信號(hào)濾波器的數(shù)字信號(hào),并根據(jù)該數(shù)字信號(hào)計(jì)算所測(cè)量的物理量。通過多路模擬開關(guān)的切換,本實(shí)用新型可復(fù)用硬件電路,因而節(jié)省成本。
文檔編號(hào)G01K7/04GK201993124SQ20112003230
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者陳忠明 申請(qǐng)人:輝景電子科技(上海)有限公司