本發(fā)明涉及測量技術領域，特別涉及一種傳感器測量系統(tǒng)及傳感器測量信號的處理方法。

背景技術：

線性傳感器是指在待測物理量保持不變時，傳感器的輸出信息與其輸入激勵呈線性變化關系的傳感器，比如稱重傳感器，溫度傳感器等均屬于線性傳感器?，F(xiàn)有傳感器測量系統(tǒng)中，傳感器的輸出信息通常經(jīng)過調(diào)理模塊適當調(diào)理后，進入后續(xù)處理模塊進行處理，最終得到待測物理量的測量值。

然而，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：由于線性傳感器的輸出信息與其輸入激勵存在線性關聯(lián)，故在實際使用中，傳感器對待測物理量的測量精度勢必會受到傳感器激勵精度的影響。這樣，為保證傳感器達到一定測量精度，就會對傳感器激勵提出較高要求。也就是說必須保證傳感器激勵擁有足夠精度或穩(wěn)定度，才能保證傳感器的測量精度。因此，對于能夠提供的傳感器的激勵精度不夠高或者不夠穩(wěn)定的場合，傳感器的使用也會受到很大限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種傳感器測量系統(tǒng)及傳感器測量信號的處理方法，可以消除傳感器測量精度對傳感器激勵的依賴性，降低對傳感器激勵的要求，擴大傳感器適用場合。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種傳感器測量系統(tǒng)，包括：激勵模塊、傳感器、處理模塊和除法器；所述激勵模塊分別連接于所述傳感器和所述除法器；所述除法器用于根據(jù)所述激勵模塊的輸出信息對所述傳感器的輸出信息進行除法處理，并輸出至所述處理模塊。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種傳感器測量信號的處理方法，包括：采集傳感器的激勵的輸出信息，采集所述傳感器的輸出信息；根據(jù)所述激勵的輸出信息對所述傳感器的輸出信息進行除法處理，根據(jù)所述除法處理之后的傳感器的輸出信息計算所述傳感器的測量值。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，在傳感器測量系統(tǒng)中加入了除法器，并利用除法器根據(jù)傳感器的激勵模塊的輸出信息對傳感器的輸出信息進行除法處理，從而消除了傳感器的激勵模塊對于傳感器的測量精度的影響，使得傳感器在其激勵精度不高或者不穩(wěn)定的情況下，也能保持較佳的測量精度，提高了傳感器的適用范圍。

另外，所述傳感器測量系統(tǒng)還包括：調(diào)理模塊；所述調(diào)理模塊用于對所述傳感器的輸出信息進行調(diào)理并輸出至所述除法器；所述除法器用于對經(jīng)所述調(diào)理模塊調(diào)理后的所述傳感器的輸出信息進行除法處理，并輸出至所述處理模塊。

另外，所述調(diào)理模塊用于對所述傳感器的輸出信息進行放大，并將放大后的所述傳感器的輸出信息輸出至所述除法器。

另外，所述傳感器測量系統(tǒng)還包括：調(diào)理模塊；所述調(diào)理模塊用于對經(jīng)所述除法器處理之后的所述傳感器的輸出信息進行調(diào)理，并將調(diào)理之后的所述傳感器的輸出信息輸出至所述處理模塊。

另外，所述除法器包括運算放大單元和模擬乘法單元；所述傳感器的輸出信息輸出至所述運算放大單元；所述運算放大單元用于對所述接收到的所述傳感器的輸出信息放大后輸出至所述模擬乘法單元；所述激勵模塊的輸出信息輸出至所述模擬乘法單元；所述模擬乘法單元用于根據(jù)所述激勵模塊的輸出信息對經(jīng)所述運算放大單元放大的所述傳感器的輸出信息進行除法處理。

另外，所述傳感器測量系統(tǒng)還包括：獲取模塊；所述獲取模塊用于在不對所述激勵模塊產(chǎn)生影響的前提下獲取所述激勵模塊的輸出信息，并將獲取到的所述激勵模塊的輸出信息提供給所述除法器；所述除法器用于根據(jù)所述獲取模塊提供的所述激勵模塊的輸出信息對所述傳感器的輸出信息進行除法處理。通過獲取模塊可以消除激勵模塊(位于外部)和除法器(位于內(nèi)部)的直接耦合關系，提高除法器可靠性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式傳感器測量系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式傳感器測量系統(tǒng)的具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式調(diào)理模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是現(xiàn)有技術傳感器測量系統(tǒng)激勵電壓V_ex與調(diào)理模塊的輸出V_o1隨時間變化曲線示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式除法器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式傳感器測量系統(tǒng)激勵電壓V_ex與除法器的輸出V_o2隨時間變化曲線示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式傳感器測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式傳感器測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式獲取模塊和除法器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式獲取模塊的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式傳感器測量信號的處理方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護的技術方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種傳感器測量系統(tǒng)。如圖1所示，該傳感器測量系統(tǒng)10包括：激勵模塊101、傳感器102、除法器103和處理模塊104。激勵模塊101分別連接于傳感器102和除法器103。除法器103用于根據(jù)激勵模塊101的輸出信息對傳感器102的輸出信息進行除法處理，并輸出至處理模塊104。

本實施方式中，傳感器102為線性傳感器，舉例而言，傳感器102例如可以是溫度傳感器或者稱重傳感器。本實施方式對傳感器的具體類型不做限制。

本實施方式中，除法器包括運算放大單元和模擬乘法單元。傳感器102的輸出信息輸出至運算放大單元，運算放大單元用于對接收到的傳感器的輸出信息放大后輸出至模擬乘法單元。激勵模塊的輸出信息輸出至模擬乘法單元。模擬乘法單元用于根據(jù)激勵模塊的輸出信息對經(jīng)運算放大單元放大的傳感器的輸出信息進行除法處理。

如圖2所示，在實際應用中，傳感器測量系統(tǒng)10還包括：調(diào)理模塊105。調(diào)理模塊105用于對傳感器102的輸出信息進行調(diào)理并輸出至除法器103。除法器103用于對經(jīng)調(diào)理模塊105調(diào)理后的傳感器102的輸出信息進行除法處理，并輸出至處理模塊104。

本實施方式中，調(diào)理模塊105用于對傳感器102的輸出信息進行放大，并將放大后的傳感器102的輸出信息輸出至除法器103。對于線性傳感器而言，調(diào)理模塊用于對傳感器的輸出信息進行線性放大。

結(jié)合圖2所示，對本實施方式傳感器測量系統(tǒng)的工作原理進行說明如下：由線性傳感器的工作特性可知，線性傳感器的輸出S_o1＝C·E_x·S_i。其中，C表示線性傳感器102自身線性系數(shù)，E_x表示激勵模塊101輸出到傳感器102的激勵(比如電壓、電流等)。Si表示待測物理量(比如溫度、重量等)。傳感器102的輸出信息So1輸出至調(diào)理模塊105進行線性調(diào)理，經(jīng)調(diào)理模塊105調(diào)理后的輸出信息S_o2＝K·S_o1＝K·C·E_x·S_i。其中，K表示調(diào)理模塊的線性調(diào)理系數(shù)。調(diào)理模塊的輸出信息So2輸出至除法器103進行處理，經(jīng)除法器103處理后的輸出信息為經(jīng)除法器103處理后的輸出信息So3輸出至處理模塊104進行相應處理。由前述處理過程可知，經(jīng)過除法器的除法處理之后，消除了傳感器激勵對傳感器測量精度的影響。

現(xiàn)通過舉例對本實施方式傳感器測量系統(tǒng)的效果進行說明。具體而言，傳感器選用稱重傳感器，稱重傳感器的型號優(yōu)選為：H9X3-G5-3.0t-7T-00S-A。激勵模塊的激勵電壓范圍優(yōu)選為：直流5伏特～12伏特，稱重傳感器的靈敏度為：1.0000毫伏/伏特，稱重傳感器的額定量程為3噸。在本實施例中，假設激勵模塊的電壓的波動范圍在直流9.5伏特～10.5伏特之間，波動頻率為1Hz的正弦波動，來模擬傳感器激勵電壓的波動(實際波動為隨機，且波動速率遠小于1Hz)。在本實施例中，為便于比較，假設待測物體的重量w為3噸。

如圖3所示，為本實施例中調(diào)理模塊的電路原理圖。調(diào)理模塊用于對稱重傳感器的輸出信息(重量信號S_i+、S_i-)進行線性調(diào)理。該調(diào)理模塊使用ADI的AD8220儀表放大器芯片，其放大增益為根據(jù)稱重傳感器工作特性以及調(diào)理模塊的增益，可得調(diào)理模塊的輸出。稱重傳感器的激勵電壓以及調(diào)理模塊的輸出隨時間變化的曲線如圖4所示。

本實施例中，對應不同的激勵電壓值，調(diào)理模塊的輸出V_o1變化如表1所示。

表1

從圖4和表1可明顯看出，調(diào)理模塊的輸出V_o1會明顯隨著傳感器激勵電壓V_ex的波動而改變。如此，處理模塊由V_o1得到的重量信息也會隨之改變，且稱重值會在理想值的±5％范圍內(nèi)波動，造成稱重精度嚴重下降。

作為對比，根據(jù)本實施方式，在調(diào)理模塊和處理模塊之間增加一除法器。該除法器可由ADI的AD8661運算放大器和AD633模擬乘法器組成，如圖5所示。除法器輸出此時稱重傳感器的激勵電壓以及除法器的輸出V_o2隨時間變化的曲線如圖6所示。同時，對應不同的激勵電壓值，除法器的輸出V_o2變化如表2所示。

表2

從圖6和表2可明顯看出，除法器的輸出V_o2受傳感器激勵電壓V_ex波動的影響極小。如此，處理模塊由V_o2得到的重量信息所受影響也極小，在精度允許前提下，可以認為稱重精度幾乎不受激勵電壓V_ex波動影響。

綜上所述，通過對比可看出，基于本實施方式的傳感器測量系統(tǒng)基本消除了激勵電壓波動對測量精度的影響。

本實施方式與現(xiàn)有技術相比，通過在傳感器測量系統(tǒng)中加入除法器，并利用除法器根據(jù)激勵模塊的輸出信息對傳感器的輸出信息進行除法處理，從而消除傳感器測量精度對激勵精度的依賴性，降低對傳感器激勵的要求，擴大傳感器適用場合。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種傳感器測量系統(tǒng)。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實施方式中，傳感器測量系統(tǒng)中通過調(diào)理模塊對傳感器的輸出信號進行調(diào)理后再輸出至除法器。而在本發(fā)明第二實施方式的傳感器測量系統(tǒng)中，傳感器的輸出信息直接輸出至除法器進行除法處理，經(jīng)除法處理后的輸出信息再輸出至調(diào)理模塊進行調(diào)理。

如圖7所示，該傳感器測量系統(tǒng)10中，傳感器102連接于除法器103，除法器103連接于調(diào)理模塊105，調(diào)理模塊105連接于處理模塊104。傳感器的輸出信號輸出至除法器，除法器根據(jù)激勵模塊101的輸出信息對傳感器的輸出信息進行除法處理，經(jīng)除法器處理之后的傳感器的輸出信息輸出至調(diào)理模塊105，調(diào)理模塊105用于對經(jīng)除法器處理之后的傳感器102的輸出信息進行調(diào)理，并將調(diào)理之后的傳感器102的輸出信息輸出至處理模塊104。

本實施方式在傳感器的輸出信息的信號強度滿足條件的情況下，直接將傳感器的輸出信息輸出至除法器進行處理，豐富了本發(fā)明的實施方式。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術問題關系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本發(fā)明第三實施方式涉及一種傳感器測量系統(tǒng)，第三實施方式在第一或者第二實施方式的基礎上做出改進，主要改進之處在于：在第三實施方式中，傳感器測量系統(tǒng)還包括獲取模塊。獲取模塊能夠在不對激勵模塊產(chǎn)生影響的前提下獲取激勵模塊的輸出信息并提供給除法器使用，從而消除激勵模塊(位于外部)和除法器(位于內(nèi)部)的直接耦合關系，提高除法器可靠性。

如圖8所示，本實施方式的傳感器測量系統(tǒng)包括：激勵模塊101、傳感器102、除法器103、處理模塊104、調(diào)理模塊105和獲取模塊106。

激勵模塊101分別連接于傳感器102和獲取模塊106，獲取模塊106連接于除法器103。調(diào)理模塊105用于對傳感器102的輸出信息進行調(diào)理并輸出至除法器103。除法器103用于對經(jīng)調(diào)理模塊105調(diào)理后的傳感器102的輸出信息進行除法處理，并輸出至處理模塊104。本實施方式中，獲取模塊106用于在不對激勵模塊101產(chǎn)生影響的前提下獲取激勵模塊101的輸出信息，并將獲取到的激勵模塊101的輸出信息提供給除法器103。除法器103用于根據(jù)獲取模塊106提供的激勵模塊101的輸出信息對傳感器102的輸出信息進行除法處理。本實施方式增加的獲取模塊可以消除激勵模塊和除法器的直接耦合關系，提高除法器可靠性。

一般而言，激勵模塊為電壓型時，如果獲取模塊在獲取激勵信息時，消耗過多激勵電流會對激勵模塊產(chǎn)生影響，所以獲取模塊的輸入阻抗要足夠大。如圖9所示，為本實施方式獲取模塊以及除法器的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖9所示，對本實施方式傳感器測量系統(tǒng)的工作原理進行說明如下：由線性傳感器的工作特性可知，線性傳感器的輸出S_o1＝C·E_x·S_i。其中，C表示線性傳感器102自身線性系數(shù)，E_x表示激勵模塊101輸出到傳感器102的激勵(比如電壓、電流等)。Si表示待測物理量(比如溫度、重量等)。傳感器102的輸出信息So1輸出至調(diào)理模塊105進行線性調(diào)理，經(jīng)調(diào)理模塊105調(diào)理后的輸出信息S_o2＝K·S_o1＝K·C·E_x·S_i。其中，K表示調(diào)理模塊的線性調(diào)理系數(shù)。調(diào)理模塊的輸出信息So2輸出至除法器103進行處理，經(jīng)除法器103處理后的輸出信息為獲取模塊106獲取激勵模塊的輸入E_x，并將獲取到的激勵E_x輸出E_x1至除法器103，其中，獲取模塊106的輸出信息E_x1＝E_x。經(jīng)除法器103處理后的輸出信息So3輸出至處理模塊104進行相應處理。由前述處理過程可知，經(jīng)過除法器的除法處理之后，消除了傳感器激勵對傳感器測量精度的影響。其中，采用AD8661運算放大器作為獲取模塊。由于運算放大器的輸入阻抗非常高，所以不會在獲取激勵模塊的輸出信息時，對激勵模塊產(chǎn)生影響。

如圖10所示為獲取模塊的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖9中，電阻R6、R7以及R8的阻值只要設置得足夠大，就可以實現(xiàn)本實施方式獲取模塊的功能。本領域技術人員亦知曉獲取模塊的其他實現(xiàn)形式，此處不再贅述。

本發(fā)明第四實施方式涉及一種傳感器測量信號的處理方法，如圖11所示，包括如下步驟：

步驟110：采集傳感器的激勵的輸出信息。

步驟112：采集傳感器的輸出信息。

步驟114：根據(jù)激勵的輸出信息對傳感器的輸出信息進行除法處理。

步驟116：根據(jù)除法處理之后的傳感器的輸出信息計算傳感器的測量值。

步驟110、112中，傳感器的輸出信息是對應于該傳感器的激勵的輸出信息的。步驟114中，在對傳感器的輸出信息進行除法處理之前，還可以先對傳感器的輸出信息進行線性調(diào)理，即對傳感器的輸出信息進行線性放大，并輸出至除法器，以滿足除法器對于信號強度的要求。當然，在傳感器的輸出信息的信號強度滿足要求的情況下，傳感器的輸出信息也可以直接輸出至除法器進行除法處理。

本發(fā)明實施方式，通過根據(jù)激勵的輸出信息對傳感器的輸出信息進行除法處理，消除了傳感器激勵和傳感器輸出信息之間的耦合關系，使得傳感器的測量精度不再受傳感器激勵波動的影響，有利于擴大傳感器的適用場合。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應的方法實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關技術細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節(jié)也可應用在第一實施方式中。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包括相同的邏輯關系，都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關緊要的修改或者引入無關緊要的設計，但不改變其算法和流程的核心設計都在該專利的保護范圍內(nèi)。

本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。