一種用於傳感器的信號調理裝置的製作方法

2024-02-03 07:24:15

本實用新型屬於信號調理裝置技術領域，具體涉及一種用於傳感器的信號調理裝置。

背景技術：

現今，大部分信號的放大電路採用固定的增益且抗射頻幹擾能力差；傳統的二極體精密全波整流電路，匹配電阻少，由運放LM358及二極體構成，二極體的單向導通在這裡起到了電流控制開關的作用，雖然結構簡單易於實現，但二極體非線性特性、閾值電壓的影響和電路的充放電頻率差，將導致波形失真；目前大多數濾波電路採用單運放結構，雖然成本較低設計簡單，但其無法實現對極點角頻率和品質因數的調節作用，無法實現高精度的低通濾波器。

技術實現要素：

根據以上現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提出一種用於傳感器的信號調理裝置，通過放大電路、檢波電路和濾波電路，將來自傳感器或者某些參數的採樣電路的輸入信號，經過放大，整型輸出適合後續測控單元接口的信號。本實用新型採用增益可調的前置放大電路、兩級運放結構的檢波電路和濾波電路，該信號調理裝置可以對某個傳感器輸出的信號進行非線性校正，經過處理後的信號保真度更高，因此可以提高本測量精度。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為：一種用於傳感器的信號調理裝置，所述信號調理裝置包括放大電路、檢波電路和濾波電路，來自傳感器的信號輸入至放大電路，放大電路連接檢波電路，檢波電路連接濾波電路,濾波電路輸出調理後的輸出信號，放大電路中，第一電阻R1和第一運放U3的外部增益設置端相連，第二電阻R2和第三電阻R3接入第一運算放大器U3的輸入端。

上述裝置中，所述檢波電路包括第二運算放大器U2A、第三運算放大器U2B、第一極管D1、第二極體D2、第一電容C1和多個電阻，放大電路的輸出端連接第一電容C1，第一電容C1通過電阻連接到第二運算放大器U2A的負輸入端，第一極管D1的正極連接在第二運算放大器U2A的輸出端，負極連接第二運算放大器U2A的負輸入端，第二極體D2的負極接第二運算放大器U2A的輸出端，第二極體D2的正極通過電阻連接第三運算放大器U2B的負輸入端。所述濾波電路包括二階低通濾波器電路、第五運算放大器U2D和多個電阻，檢波電路的輸出端連接二階低通濾波器電路，二階低通濾波器電路的輸出端通過電阻連接第五運算放大器U2D的正輸入端，第五運算放大器U2D的負輸入端和輸出端之間連接有一個電阻。所述二階低通濾波器電路包括第四運算放大器U2C、多個電阻和電容，檢波電路的輸出端通過電阻連接第四運算放大器U2C的正輸入端，第四運算放大器U2C的輸出端通過電阻連接第五運算放大器U2D的正輸入端。

本實用新型有益效果是:本實用新型中設有放大電路，輸入端通過第二電阻第三電阻接入第一運算放大器輸入端，可抑制零點漂移，第一電阻用於調節放大器增益，同時AD620放大器適用於較高電阻值,較低電源電壓的傳感器電路設計中，其輸入端的三極體(位於晶片AD620內部)提供的差分雙極輸入，保證了增益控制的高精度。信號檢波電路採用運算放大器和普通二極體組成的有源整流電路，能有效的解決二極體的非線性特性和閾值電壓的影響，在線性檢波器的基礎上，加一級加法器，讓輸入信號的另一極性電壓不經檢波，而直接送到加法器，與來自檢波器的輸出電壓相加，構成了精密絕對值電路。

附圖說明

下面對本說明書附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：

圖1是本實用新型的具體實施方式的信號調理裝置的電路原理框圖。

圖2是本實用新型的具體實施方式的放大電路的電路原理圖。

圖3是本實用新型的具體實施方式的檢波電路的電路原理圖。

圖4是本實用新型的具體實施方式的濾波電路的電路原理圖。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本實用新型的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。

如圖1所示，本實用新型提供一種用於傳感器的信號調理裝置，信號調理裝置包括放大電路、檢波電路和濾波電路，放大電路連接檢波電路，檢波電路連接濾波電路，將來自傳感器或者某些參數的採樣電路的輸入信號，經過放大，整型輸出適合後續測控單元接口的信號。

放大電路如圖2所示，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第一運算放大器U3(簡稱第一運放U3)，傳感器輸出信號接入第一運放U3輸入端，第一電阻R1和第一運放U3的外部增益設置端相連，用於設置第一運算放大器的增益，第二電阻R2和第三電阻R3的一端分別接第一運放U3的正輸入端和負輸入端，另一端接地，用於抑制零點漂移。同時AD620放大器適用於較高電阻值,較低電源電壓的傳感器電路設計中，其輸入端的三極體(位於晶片AD620內部)提供的差分雙極輸入，保證了增益控制的高精度。檢波電路包括第二運算放大器U2A和第三運算放大器U2B，第一運算放大器U3的輸出端連接第一電容C1，第二運算放大器U2A的負輸入端分別連接第四電阻R4、第六電阻R6和第一極管D1的負極，第四電阻R4的另一端分別和第一電容C1另一端、第八電阻R8相連，第八電阻R8另一端和第三運算放大器U2B的負輸入端相連，第一電容C1另一端接放大電路的輸出，第一極管D1的正極接第二運算放大器U2A的輸出，第六電阻R6另一端接第二極體D2的正極，第二極體D2的負極接第二運算放大器U2A的輸出，第五電阻R5的一端接第二運算放大器U2A正輸入端，第五電阻R5的另一端接地。第七電阻R7分別接第三運算放大器U2B的負輸入端和第二極體D2的負極，第三運算放大器U2B的負輸入端通過第九電阻R9和第三運算放大器U2B的輸出端連接，第三運算放大器U2B的正輸入端通過第十電阻R10接地，如圖3所示。檢波電路採用運算放大器和普通二極體組成的有源整流電路，能有效的解決二極體的非線性特性和閾值電壓的影響，在線性檢波器的基礎上，加一級加法器，讓輸入信號的另一極性電壓不經檢波，而直接送到加法器，與來自檢波器的輸出電壓相加，構成了精密絕對值電路。

第三運放U2B的輸出接第十二電阻R12，第四運算放大器U2C的負輸入端分別接第十五電阻R15和第十六電阻R16，第十五電阻R15另一端和第四運算放大器U2C的輸出端連接，第十六電阻R16另一端接地，第四運算放大器U2C的正輸入端分別接第三電容C3和第十三電阻R13，第三電容C3另一端接地，第十三電阻R13另一端接第二電容C2和第十二電阻R12的另一端，第二電容C2另一端和第四運算放大器U2C的輸出端連接，第四運算放大器U2C輸出端通過第十七電阻R17和第五運算放大器U2D的正輸入端連接，第五運算放大器U2D的負輸入端通過第十八電阻R18和第五運算放大器U2D的輸出端連接，如圖4所示，濾波電路採用雙運放電壓模式的二階低通濾波器，實現了低通濾波器的參數可調的特性。

圖中U3採用ADC620，U2A、U2B、U2C和U2D採用TL084，R1採用50K的電位器，R2和R3採用1MEG電阻，R4、R6、R9採用20K電阻，R5、R7和R17採用10K電阻，R10採用3.3K電阻，D1和D2採用D1N4148，R12和R13採用3K電阻，R15、R16和R18採用100k電阻，C1、C2和C3採用1UF電容，運算放大器採用正負12V電壓供電。

信號處於放大電路時，U3輸入端所接電阻R2和R3，用於抑制零點漂移，信號經過U3放大後送入檢波電路。信號處於檢波電路時，當輸入信號U1out>0時，U2A輸出U2Aout<0，二極體D2導通D1關斷，則U2Aout＝-2U1out，然後U2Aout與U1out疊加後經U2B反向後得檢波電路輸出電壓U2Bout＝U1out，當輸入信號U1out0，D1導通D2關斷，U2A工作在深度負反饋狀態，所以U2Aout＝0，然後U2Aout與U1out疊加後經U2B反向後得檢波電路輸出電壓U2Bout＝U1out。從而實現電路的檢波功能並將檢波後的信號送入濾波電路，信號處於濾波電路時，先經過由U2C、R12、R13、C2和C3為核心組成Sallen-Key低通濾波器，該低通濾波器結構簡單，極點角頻率和品質因數調節方便，且可調範圍大，最後信號經過第五運算放大器U2D獲得增益後輸出，信號經過以上三個模塊電路從而達到信號調理的目的。

上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本實用新型的保護範圍之內。本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。