一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置的製作方法
2023-07-16 09:21:31
專利名稱：一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子學領域，具體涉及一種使壓力轉換成電信號的裝置。
背景技術：
迄今使壓力轉換成電信號的裝置主要有兩大類。一類通過器件電阻的變化獲得電信號，例如應變片和擴散矽壓力傳感器；另一類通過器件電位的變化獲得電信號，例如壓電晶體。在信號傳輸和處理過程中，這兩類裝置輸出的相關壓力信號容易被背景噪聲和環境幹擾信號淹沒，使測量精度降低，在檢測微小壓力信號時這一問題尤為突出。
發明內容
本實用新型克服了現有技術中的不足，提供一種高分辨度測量壓力信號的裝置，使被測壓力轉變成與其相關的清晰的電信號，在檢測微小壓力變化時消除背景噪聲和環境幹擾信號的影響。
本實用新型所述的裝置包括兩個由金屬網、金屬薄片或導電纖維織物做成的互相絕緣的電極，電源，絕緣材料，一個電信號振蕩器和一個頻率—電壓變換器，這兩個電極分別通過導線與電信號振蕩器相連構成這個振蕩器決定振蕩頻率的電容，這個振蕩器的輸出端與頻率—電壓變換器相連，振蕩器產生的電信號加在頻率—電壓變換器的輸入端，在這個頻率—電壓變換器的輸出端得到幅值與加在兩個電極之間的壓力相關的電壓信號。
由於這種裝置採用數位訊號作為中間變量，可以獲得高信噪比的低阻抗輸出信號，信號與被測壓力之間具有良好的相關關係，可以用作呼吸監護、動態壓力傳感、微位移監測、機器人觸覺信號處理和高靈敏度防盜系統的核心部件。
圖1是本實用新型的電路框圖；圖2是本實用新型實施例第1種電信號振蕩器電路原理圖；圖3是本實用新型實施例第2種電信號振蕩器電路原理圖；圖4是本實用新型實施例第3種電信號振蕩器電路原理圖；圖5是本實用新型實施例第4種電信號振蕩器電路原理圖；圖6是本實用新型實施例第5種電信號振蕩器電路原理圖；圖7是本實用新型實施例第6種電信號振蕩器電路原理圖；圖8是本實用新型實施例第1種頻率—電壓變換器電路原理圖；圖9是本實用新型實施例第2種頻率—電壓變換器電路原理圖；
圖10是本實用新型實施例第3種頻率—電壓變換器電路原理圖。
圖中 電極1 電極2 絕緣材料3 電源4 振蕩器5 頻率—電壓變換器6 電容7電阻8 電阻9 電阻10 運算放大器11 電阻12 與非門13 與非門14 電阻15 555半導體集成電路16 電阻17 電阻18 單結電晶體19 電晶體20 電阻21 運算放大器22 運算放大器23 電阻24 電晶體25 電阻26 與非門27 與非門28 電容29 二極體30 二極體31 電容32 電阻33 運算放大器34 電容35 電阻36 電容37 電阻38與非門39 與非門40 電阻41 電阻42 電容43 運算放大器44 電容45 電阻46 電阻47 電阻48 電容49 運算放大器50 電阻51 電阻52 電容53 運算放大器具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述圖1中一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置包括兩個由金屬網、金屬薄片或導電纖維織物做成的互相絕緣的電極1和2，絕緣材料3，電源4，電信號振蕩器5，頻率—電壓變換器6，電極1和2分別通過導線與電信號振蕩器5相連構成決定電信號振蕩器5工作頻率的電容7，振蕩器5的輸出端與頻率—電壓變換器6的輸入端相連，在頻率—電壓變換器6的輸出端得到與加在電極1和2之間的壓力相關的電壓信號。
圖2是實施例中電信號振蕩器5的第1種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電阻8的一端相連，同時與運算放大器11的一個輸入端相連，電阻8的另一端與運算放大器11的輸出端相連，電阻9的一端和電阻10的一端相連，同時與運算放大器11的另一個輸入端相連，電阻9的另一端與運算放大器11的輸出端相連，電阻8、9、10的阻值在10Ω到1000MΩ之間。
圖3是實施例中電信號振蕩器5的第2種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電阻12的一端相連，同時與與非門13的輸入端相連，7的另一端與與非門14的輸出端相連，13的輸出端與14的輸入端相連，同時與電阻12的另一端相連。
圖4是實施例中電信號振蕩器5的第3種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電阻15的一端相連，同時與555半導體集成電路16的一個輸入端相連。
圖5是實施例中電信號振蕩器5的第4種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電阻17的一端相連，同時與單結電晶體19的一個極相連，19的另一個極與電阻18相連。
圖6是實施例中電信號振蕩器5的第5種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電晶體20的一個極相連，同時與運算放大器22的一個輸入端相連，7的另一端與20的另一個極相連，同時與22的輸出端相連，並與運算放大器23的一個輸入端相連，電阻21一端與20的第三個極相連，另一端與23的輸出端相連。
圖7是實施例中電信號振蕩器5的第6種電路原理圖，由電極1和2構成的電容7的一端與電阻24的一端相連，同時與電晶體25的一個極相連，並同與非門27的輸入端相連，電阻26的一端與25的一個極相連，26的另一端同與非門28的輸出端相連，25的第三個極與7的一端相連。
圖8是實施例中頻率—電壓變換器6的第1種電路原理圖，電容29的一端與半導體二極體30的一個極相連，同時與半導體二極體31的一個極相連，這兩個極具有相反的極性，31的另一個極與電容32的一端相連，同時與電阻33的一端及運算放大器34的一個輸入端相連，32的另一端與33的另一端相連，同時與34的輸出端相連。
圖9是實施例中頻率—電壓變換器6的第2種電路原理圖，電容35的一端與電阻36的一端相連，同時與與非門39的一個輸入端相連，電容37一端與39的輸出端相連，另一端與電阻38的一端相連，同時同與非門40的輸入端相連，40的輸出端與電阻41的一端相連，同時與39的另一個輸入端相連，41的另一端與運算放大器44的一個輸入端相連，同時與電阻42的一端及電容43的一端相連，電阻42的另一端與電容43的另一端相連，同時與44的輸出端相連。
圖10是實施例中頻率—電壓變換器6的第3種電路原理圖，電容45的一端與電阻46及電阻47的一端相連，同時與運算放大器50的一個輸入端相連，50的另一個輸入端與電阻48及電容49的一端相連，49的一端與50的輸出端相連，同時與電阻51的一端相連，51的另一端與電阻52及電容53的一端相連，同時與運算放大器54的一個輸入端相連，電阻52及電容53的另一端相連，同時與54的輸出端相連。
權利要求1.一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，有兩個由金屬網、金屬薄片或導電纖維織物做成的互相絕緣的電極1和2，絕緣材料3，電源4，其特徵在於，還有電信號振蕩器5，頻率—電壓變換器6，電極1和2分別通過導線與電信號振蕩器5相連構成決定電信號振蕩器5工作頻率的電容7，振蕩器5的輸出端與頻率—電壓變換器6的輸入端相連，在頻率—電壓變換器6的輸出端得到與加在電極1和2之間的壓力相關的電壓信號。
2.根據權利要求書1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第1種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電阻8的一端相連，同時與運算放大器11的一個輸入端相連，電阻8的另一端與運算放大器11的輸出端相連，電阻9的一端和電阻10的一端相連，同時與運算放大器11的另一個輸入端相連，電阻9的另一端與運算放大器11的輸出端相連，電阻8、9、10的阻值在10Ω到1000MΩ之間。
3.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第2種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電阻12的一端相連，同時與與非門13的輸入端相連，7的另一端與與非門14的輸出端相連，13的輸出端與14的輸入端相連，同時與電阻12的另一端相連。
4.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第3種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電阻15的一端相連，同時與555半導體集成電路16的一個輸入端相連。
5.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第4種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電阻17的一端相連，同時與單電晶體19的一個極相連，19的另一個極與電阻18相連。
6.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第5種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電晶體20的一個極相連，同時與運算放大器22的一個輸入端相連，7的另一端與20的另一個極相連，同時與22的輸出端相連，並與運算放大器23的一個輸入端相連，電阻21一端與20的第三個極相連，另一端與23的輸出端相連。
7.根據要利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述電信號振蕩器5的第6種電路由以下方式構成電極1和2構成的電容7的一端與電阻24的一端相連，同時與電晶體25的一個極相連，並同與非門27的輸入端相連，電阻26的一端與25的一個極相連，26的另一端同與非門28的輸出端相連，25的第三個極與7的一端相連。
8.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述頻率—電壓變換器6的第1種電路由以下方式構成電容29的一端與半導體管30的一個極相連，同時與半導體二極體31的一個極相連，這兩個具有相反的極性，31的另一個極與電容32的一端相連，同時與電阻33的一端及運算放大器34的一個輸入端相連，32的另一端與33的另一端相連，同時與34的輸出端相連。
9.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述頻率—電壓變換器6的第2種電路由以下方式構成電容35的一端與電阻36的一端相連，同時與與非門39的一個輸入端相連，電容37一端與39的輸出端相連，另一端與電阻38的一端相連，同時同與非門40的輸入端相連，40的輸出端與電阻41的一端相連，同時與39的另一個輸入端相連，41的另一端與運算放大器44的一個輸入端相連，同時與電阻42的一端及電容43的一端相連，電阻42的另一端與電容43的另一端相連，同時與44的輸出端相連。
10.根據權利要求1所述的一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，其特徵是所述頻率—電壓變換器6的第3種電路由以下方式構成電容45的一端與電阻46及電阻47的一端相連，同時與運算放大器50的一個輸入端相連，50的另一個輸入端與電阻48及電容49的一端相連，49的一端與50的輸出端相連，同時與電阻51的一端相連，51的另一端與電阻52及電容53的一端相連，同時與運算放大器54的一個輸入端相連，電阻52及電容53的另一端相連，同時與54的輸出端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種使壓力轉換成模擬量電信號的裝置，旨在提供一種高分辨度測量壓力信號的設計，使被測壓力轉變成與其相關的清晰的電信號，在檢測微小壓力變化時消除背景噪聲和環境幹擾信號的影響。它包括兩個由金屬網、金屬薄片或導電纖維織物做成的互相絕緣的電極，絕緣材料，電信號振蕩器和頻率電壓變換器，在頻率—電壓變換器的輸出端得到幅值與加在兩個電極之間的壓力相關的電壓信號。由於採用數位訊號作為中間變量，可以獲得高信噪比的低阻抗輸出，信號與被測壓力之間具有良好的相關關係。本實用新型可以用作呼吸監護、動態壓力傳感、微位移監測、機器人觸覺信號處理和高靈敏度防盜系統的核心部件。
文檔編號G01L9/00GK2641621SQ0228999
公開日2004年9月15日 申請日期2002年12月6日 優先權日2002年12月6日
發明者張開遜 申請人:張開遜