本公開(kāi)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、流量計(jì)和拾取信號(hào)的方法。

背景技術(shù)：

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)。

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(wú)意間接地或輸入端無(wú)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)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中將給出關(guān)于本公開(kāi)的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本公開(kāi)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(kāi)的窮舉性概述。它并不是意圖確定本公開(kāi)的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本公開(kāi)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。

根據(jù)本公開(kāi)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(guò)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(guò)第二變壓器與第二輸入端對(duì)耦合。

根據(jù)本公開(kāi)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。

根據(jù)本公開(kāi)的又一方面，提供了一種流量計(jì)，其包括前述變送器。

根據(jù)本公開(kāi)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(guò)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。

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(shuō)明

本公開(kāi)可以通過(guò)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(shuō)明一起包含在本說(shuō)明書(shū)中并且形成本說(shuō)明書(shū)的一部分。在附圖中：

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路的模塊圖；

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)拾取電路的示例性電路圖；

圖3是根據(jù)一個(gè)比較例的信號(hào)拾取電路的電路圖；

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；

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

圖6是根據(jù)本公開(kāi)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

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在說(shuō)明書(shū)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(kāi)發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過(guò)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(kāi)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。

在此，還需要說(shuō)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(kāi)，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本公開(kāi)的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)，而省 略了與本公開(kāi)關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

圖1是根據(jù)本公開(kāi)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(guò)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(guò)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。

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。

圖2是根據(jù)本公開(kāi)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。

信號(hào)拾取電路100用于拾取第一差分信號(hào)對(duì)(即lpo+及l(fā)po-)和第二差分信號(hào)對(duì)(即，rpo+及rpo-)，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tx1；第二變壓器tx2；第一運(yùn)算放大器oa1，第一運(yùn)算放大器oa1的輸入端通過(guò)第一變壓器tx1與第一輸入端對(duì)耦合；以及第二運(yùn)算放大器oa2，第二運(yùn)算放大器oa2的輸入端通過(guò)第二變壓器tx2與第二輸入端對(duì)耦合。

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。

第一運(yùn)算放大器oa1和第二運(yùn)算放大器oa2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。

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tx1和第二變壓器tx2。對(duì)于流量計(jì)而言，常見(jiàn)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tx1和第二變壓器tx2可以選擇為低頻變壓器。

線(xiàn)性變壓器是常見(jiàn)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tx1和第二變壓器tx2選擇為線(xiàn)性變壓器。

優(yōu)選第一變壓器tx1和第二變壓器tx2相同。具體而言，第一變壓器tx1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tx1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tx1和第二變壓器tx2的表征參數(shù)盡量一致。

進(jìn)一步的，第一變壓器tx1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tx1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。

優(yōu)選，第一變壓器tx1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tx1、tx2的初級(jí)繞組的電感盡量低。第一變壓器tx1的初級(jí)繞組的電感優(yōu)選小于60mh。

例如，第一變壓器tx1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tx1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170mh。

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(lái)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。

第一運(yùn)算放大器oa1的輸出端輸出第一輸出lpo_out。第二運(yùn)算放大器oa2的輸出端輸出第二輸出rpo_out。

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(chēng)第一輸入端)、第二輸入端對(duì)v2中的輸入端(簡(jiǎn)稱(chēng)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100mω量級(jí)(例如100m ω以上)。但是由于環(huán)境濕度、輸入端無(wú)意間接地或輸入端無(wú)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1mω或更低。在圖2中，用r18表示第一輸入端無(wú)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(wú)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1mω、r19為3mω，來(lái)仿真輸入信號(hào)對(duì)殼不平衡短路。r5、r6、r7和r8的阻值選擇為100kω，以增加oa1和oa2的增益。

在仿真時(shí)，將lpo+、lpo-、rpo+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1。

通過(guò)獲得正弦第一拾取信號(hào)lpo_out和第二拾取信號(hào)rpo_out的初始相位之間的差δφ，可以得到流量v。具體而言，v＝δt*k，其中，v的單位為g/s；k為已知的流量校準(zhǔn)因子(flowcalibrationfactor，通常簡(jiǎn)寫(xiě)為fcf)，單位為g/μs；δt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μs。在仿真中k＝1000g/μs。

為了說(shuō)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。

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oa1之間沒(méi)有使用變壓器，v2和oa2之間也沒(méi)有使用變壓器，并且v6和v2均和地、電路的承載殼體無(wú)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δt0表示；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ωδt0，δt0＝50ns)，然后用pspice仿真，獲得lpo_out和rpo_out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)lpo_out的波形圖，下波形圖對(duì)應(yīng)rpo_out的波形圖。rpo_out和lpo_out的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差為：δt＝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，δt＝δt0，時(shí)間差未發(fā)生不希望的偏移。

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500。lpo+對(duì)地呈現(xiàn)1mω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ωδt0，δt0＝50ns)，rpo_out和lpo_out的最近鄰振幅峰所對(duì)應(yīng)的時(shí)間之間的差δt為：1.253084ms-1.252993ms＝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。

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δt0＝50ns)，δt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。

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1個(gè)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1ns。

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)(lpo+及l(fā)po-)和第二差分信號(hào)對(duì)(rpo+及rpo-)。在步驟603處接收兩個(gè)差分信號(hào)對(duì)，即，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(guò)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(guò)第一變壓器tx1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(oa1)和第二運(yùn)算放大器(oa2)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)。

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1ns。

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1個(gè)不高于10mω。

盡管上面已經(jīng)通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述對(duì)本發(fā)明進(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)本發(fā)明的各種修改、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)為包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語(yǔ)“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(yǔ)“第一”或“第二”等并不表示這些術(shù)語(yǔ)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(jiàn)而用于在這些特征、要素或組件之間進(jìn)行標(biāo)識(shí)。