專利名稱：載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)及其激勵方法
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進行激勵的應(yīng)變稱重系統(tǒng)，以及其載波激勵方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的應(yīng)變式稱重系統(tǒng)是由重力信號的變換和測量兩個環(huán)節(jié)組成的重力信號的變換把電阻應(yīng)變計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)變計被拉伸或壓縮，致使其阻值發(fā)生變化，這個阻值變化量表征了彈性物體所受作用力的大小。把四個應(yīng)變計按規(guī)則連接起來組成惠斯通電橋，給電橋施加一個電壓信號作為激勵，隨著彈性物體所受外力的變化，電橋輸出的測量電壓信號 Vout將會按比例變化。重力信號的測量把應(yīng)變計電橋輸出的測量電壓信號Vout輸送給后續(xù)的電子測量電路，進行信號放大、濾波、調(diào)節(jié)、補償、校準、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計算等測量處理功能，最終還原出所施加的被測試外力W的大小?，F(xiàn)有的應(yīng)變式稱重系統(tǒng)是采用直流激勵技術(shù)的，它的工作特征是給電阻應(yīng)變計測量電橋提供一個直流電壓信號作為激勵，電橋輸出的測量信號Vout也是直流電壓信號， 然后這個直流電壓測量信號進入到后續(xù)電子測量電路中，進行直流信號放大等一系列處理。這種直流激勵技術(shù)存在著以下缺點①當直流電壓測量信號Vout進入后續(xù)的放大器進行直流信號放大時，放大器的輸出信號將會被疊加上較大的來自放大器本身的噪聲。對于運算放大器這樣的模擬器件來說，其信號輸入端的噪聲電壓密度Dnoise與信號頻率F之間的關(guān)系基本上如附圖1所示，從圖上可以看出，在直流信號附近的IHz頻率點上的噪聲電壓密度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達到了 uV級的水平。在額定外力作用下，電橋輸出的最大電壓測量信號記為VoutFS，為了使有效測量信號在通過放大器時不被噪聲所淹沒，通?？偸窃O(shè)置一個測量分度值d所代表的輸入信號電壓大于噪聲電壓的峰值Vpp，例如設(shè)置Id = 2Vpp，這樣的話整個系統(tǒng)的測量分辨率為Res = 2Vpp/VoutFS........................公式(1)從上式可見，如果噪聲電壓的峰值Vpp越大，則測量系統(tǒng)的測量分辨率就越低。②當直流電壓測量信號進入后續(xù)的放大器進行直流信號放大時，放大器的輸出信號Vop_oUt將會隨著工作時間推延和環(huán)境溫度變化而飄移。對于運算放大器這樣的模擬器件來說，其信號輸入端天然存在著偏置電壓AVos， 而且這個偏置電壓會隨著環(huán)境溫度的變化而飄移，也會隨著工作時間的推延而飄移。按照放大器電路的工作原理，當設(shè)置它的增益為Gain后，其輸入信號Vout與輸出信號Vop_oUt 的關(guān)系式為
Vop_out = Gain* (Vout+Δ Vos)........................公式⑵這個AVos始終疊加在輸入信號上，即使電橋輸出的直流電壓測量信號是很穩(wěn)定的，它經(jīng)過放大器后的輸出信號也會出現(xiàn)溫度飄移和時間飄移，從而影響到測量系統(tǒng)長期工作的穩(wěn)定性。③當直流電壓測量信號進入后續(xù)電子電路進行信號處理時，容易受到從電源系統(tǒng)傳導進來的工頻雜波的干擾。采用市電作為工作電源的測量系統(tǒng)，必然會從電源線上傳導進來很多50Hz或 60Hz的雜波干擾信號，這種工頻干擾信號的功率在各個頻率點上的分布情況如圖3所示， 從圖上可以看出，在工頻點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逐步降低。顯然，對于處理直流電壓信號的測量系統(tǒng)來說，信號在電子電路的各個環(huán)節(jié)中傳遞時，所受到的工頻干擾的能量是最大的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(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分辨率高， 可長期穩(wěn)定性工作的一種載波激勵應(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)方案一種載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計測量電橋，所述應(yīng)變計測量電橋的輸入端與一載波激勵信號發(fā)生模塊連接，所述應(yīng)變計測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)參照信號發(fā)生模塊連接， 所述解調(diào)器的輸出端與一信號選擇模塊連接，所述信號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應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵方法在測量時給變計測量電橋施加一個載波激勵信號，在外部重力的作用下，應(yīng)變計測量電橋輸出一個具有對稱包絡(luò)的交流測量信號，該交流測量信號被交流信號放大器進行交流信號放大，產(chǎn)生一個與輸入信號同頻率同相位的交流放大信號，交流放大信號進入解調(diào)器在解調(diào)參照信號的控制下分離出無包絡(luò)的測量信號，這個無包絡(luò)的測量信號再經(jīng)過信號選擇后，還原成有效測量信號。優(yōu)選的，載波激勵信號的頻率值應(yīng)遠離工頻頻率值，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應(yīng)變式稱重系統(tǒng)在進行測量時，通過載波激勵信號發(fā)生模塊產(chǎn)生載波激勵信號給應(yīng)變計測量電橋施加一個載波電壓信號作為激勵，應(yīng)變計測量電橋輸出與載波激勵信號同頻率同相位的交流電壓信號，這個交流電壓信號輸送給后續(xù)電路進行處理時，完全避免了采用直流激勵技術(shù)所存在的缺點，具有精度高、抗干擾能力強、使用穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。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)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。 本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1放大器的噪聲電壓密度與輸入信號頻率的關(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為工頻干擾信號的功率與信號頻率的關(guān)系示意圖。圖4為本發(fā)明實施例載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細介紹。如圖4所示，該載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)包括一應(yīng)變計測量電橋2，應(yīng)變計測量電橋2的輸入端與一載波激勵信號發(fā)生模塊1連接，應(yīng)變計測量電橋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)參照信號發(fā)生模塊5連接，解調(diào)器4的輸出端與一信號選擇模塊6連接，信號選擇模塊6的輸出端即為該系統(tǒng)的輸出端。該載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)在進行測量稱重時，由載波激勵信號發(fā)生模塊1產(chǎn)生載波激勵信號，該信號的幅度和頻率取決于電子測量電路的驅(qū)動能力和帶寬，該信號的頻率值應(yīng)遠離工頻頻率值，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)變計測量電橋2輸出一個具有對稱包絡(luò)的交流測量信號，該交流測量信號被交流信號放大器3進行交流信號放大，產(chǎn)生一個與輸入信號同頻率同相位的交流放大信號，交流放大信號進入解調(diào)器4在解調(diào)參照信號發(fā)生模塊5發(fā)出的解調(diào)參照信號的控制下分離出無包絡(luò)的測量信號，這個無包絡(luò)的測量信號再經(jīng)過信號選擇模塊6進行信號選擇后，即可還原成有效測量信號。由于測量信號為交流信號，這樣就有效避免了采用直流信號進行測量存在的缺點ο①當交流電壓測量信號Vout進入后續(xù)的交流放大器進行交流信號放大時，交流放大器的輸出信號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， 在載波激勵信號的頻率點fCF上，放大器信號輸入端的噪聲電壓密度Dnoise很小，在這個頻率點上的噪聲電壓峰值Vpp-CF =5Dnoise/^2",這個噪聲電壓峰值只有IOnV級的水平。如果設(shè)置Id = 2Vpp_CF,則整個系統(tǒng)的測量分辨率為
權(quán)利要求
1.一種載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計測量電橋，其特征在于所述應(yīng)變計測量電橋的輸入端與一載波激勵信號發(fā)生模塊連接，所述應(yīng)變計測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)參照信號發(fā)生模塊連接，所述解調(diào)器的輸出端與一信號選擇模塊連接，所述信號選擇模塊的輸出端為系統(tǒng)輸出端。
2.一種載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵方法，其特征在于在測量時給變計測量電橋施加一個載波激勵信號，在外部重力的作用下，應(yīng)變計測量電橋輸出一個具有對稱包絡(luò)的交流測量信號，該交流測量信號被交流信號放大器進行交流信號放大，產(chǎn)生一個與輸入信號同頻率同相位的交流放大信號，交流放大信號進入解調(diào)器在解調(diào)參照信號的控制下分離出無包絡(luò)的測量信號，這個無包絡(luò)的測量信號再經(jīng)過信號選擇后，還原成有效測量信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的載波激勵應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的激勵方法，其特征在于載波激勵信號的頻率值應(yīng)遠離工頻頻率值，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應(yīng)變式稱重系統(tǒng)，包括應(yīng)變計測量電橋，應(yīng)變計測量電橋的輸入端與一載波激勵信號發(fā)生模塊連接，應(yīng)變計測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)參照信號發(fā)生模塊連接，解調(diào)器的輸出端與一信號選擇模塊連接，信號選擇模塊的輸出端為系統(tǒng)輸出端。該系統(tǒng)在進行測量時，產(chǎn)生載波激勵信號給應(yīng)變計測量電橋施加一個載波電壓信號作為激勵，應(yīng)變計測量電橋輸出與載波激勵信號同頻率同相位的交流電壓信號，這個交流電壓信號輸送給后續(xù)電路進行處理時，完全避免了采用直流激勵技術(shù)所存在的缺點，具有精度高、抗干擾能力強、使用穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
文檔編號G01G3/142GK102183286SQ20111005538
公開日2011年9月14日 申請日期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 申請人:蘇州鈕曼精密機電有限公司