[发明专利]提高交流电桥测量电路测量精度的方法

说明书

本发明公开了一种提高交流电桥测量电路测量精度的方法，即在原有串联的交流测量电桥、放大电路和相敏检波电路中增设增量‑总和调制电路和数字抽取滤波器；交流测量电桥、放大电路、相敏检波电路和所述增量‑总和调制电路彼此串联构成负反馈闭环回路。本发明通过在测量电路中增设增量‑总和调制电路，采用较高的放大电路增益和交流测量电桥正弦交流激励信号的幅值，抑制相敏检波电路的解调误差和解调噪声，抑制信号通带内的量化噪声。本发明测量精度高，可广泛应用于差动式电容位移传感器、差动变压器和测温仪中。

技术领域

本发明涉及一种交流电桥测量电路及提高其测量精度的方法，具体地说，本发明涉及一种内嵌有相敏检波电路和增量-总和调制电路的闭环交流电桥测量电路，以及可有效地抑制交流电桥测量电路解调误差、降低量化噪声、提高测量精度的方法。

背景技术

在地震、地球物理观测仪器(例如地震仪、伸缩仪、钻孔应变仪、摆式倾斜仪、弹簧重力仪等)中，广泛使用差动式电容传感器感测微位移，即将位移的变化转变为电容量的变化，然后通过交流电桥测量电路测量出该电容量的变化，并进而得到位移的变化。有些观测仪器还使用差动变压器设计的位移传感器感测微位移，其测量电路通常也是交流电桥测量电路。

图1为现有传感器中广泛使用的基于交流电桥的测量电路原理框图，如图所示，该测量电路包括交流测量电桥1、交流信号驱动源U_B、放大电路2、相敏检波电路3、A/D转换电路4。

交流信号驱动源U_B为交流测量电桥1提供工作电源，交流测量电桥的输出电压为交流测量电桥处于平衡态时，即Z₁Z₄＝Z₂Z₃时，其输出电压U_S＝0。当被测物理量的改变导致交流测量电桥偏离平衡态时，其输出电压U_S的幅值将随之变化，其相位则对应于偏离平衡态的方向。因此，需要使用相敏检波电路3处理经放大电路放大的交流测量电桥的输出信号Us，获得幅度与U_S平均值成比例、极性与电桥偏离平衡态方向相关的电压信号，该电压信号再经A/D转换电路4处理后输出。

在传感器中使用电桥电路，具有测量灵敏度高的特点，但以下因素可能导致上述基于交流电桥的测量电路的测量精度不高：(1)交流测量电桥1及放大电路2产生的相移，使得输入到相敏检波电路3的被检信号与参考信号之间出现相位差，导致相敏检波电路3的检波增益降低。⑵相敏检波电路引入的测量误差问题。对于基于模拟乘法器的相敏检波电路来说，相敏检波电路3引入的测量误差主要来自模拟乘法器的零点电压漂移；对于基于模拟开关的相敏检波器来说，相敏检波电路3引入的测量误差主要来自模拟开关响应速度和控制信号泄露。⑶放大电路2及相敏检波电路3的非线性误差。⑷A/D转换电路4产生的零点漂移误差、增益误差和量化误差等。上述这些误差逐级叠加，增大了基于交流电桥的测量电路实现高精度的困难，致使整个交流电桥测量电路的测量精度降低。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种可有效地抑制交流电桥测量电路解调误差、降低量化噪声、提高交流电桥测量电路测量精度的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高交流电桥测量电路测量精度的方法，其特征在于：在原有串联的交流测量电桥、放大电路和相敏检波电路中增设增量-总和调制电路；交流测量电桥、放大电路、相敏检波电路和所述增量-总和调整电路彼此串联构成负反馈闭环回路；

所述增量-总和调制电路由彼此串联的前馈积分电路、A/D转换电路和D/A转换电路构成；

所述增量-总和调整电路中的A/D转换电路输出的信号分两路，一路输出数字信号；另一路与所述增量-总和调制电路中的D/A转换电路的信号输入端相连，经D/A转换电路生成反馈信号，反馈至所述交流测量电桥的测量信号输入端或反馈至所述放大电路的输入端；