[发明专利]一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台及其工作方法

说明书

本发明涉及一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台及其工作方法，包括数字化模块和微控制器模块；数字化模块用于实现桥式称重传感器的数字化；微控制器模块用于控制数字化模块的工作，并对数字化模块的输出数据进行处理。本发明可以为测量领域提供一种高精度的桥式传感器数字化解决方案，确保了桥式传感器自身技术指标的维持和优化。

技术领域

本发明涉及传感器领域和测量领域，是一种实现桥式称重传感器数字化的传感器系统平台及其 工作方法，具体地说，是一种集成了全桥斩波技术、全差分信号调理技术、比率测量技术和过采样 技术的低噪声、低失调、高精度的实现桥式称重传感器数字化的传感器系统平台。

背景技术

桥式称重传感器属于模拟传感器，其输出信号是模拟信号。桥式称重传感器一般输出信号非常 微弱，且夹杂着大量噪声，难以直接使用，更不可能远距离传输。数字传感器的输出信号是数字信 号，抗干扰能力强，信号传输方便，可以在更为复杂的环境下工作。可以预见，模拟传感器的数字 化是传感器领域的学术研究热点和行业发展趋势。

数字传感器克服了模拟传感器的诸多缺点。模拟传感器的性能指标受其自身的制造、补偿等生 产工艺限制。随着计算机软件技术的发展，可以利用计算机软件完成传感器的零点校准、非线性校 准和噪声抑制等工作，使得传感器对制作工艺的依赖性大大降低，同时可以提高传感系统的性能指 标。

数字传感器的一般架构包括硬件实体和软件程序。硬件实体一般包含模拟传感器、数字化模块 和微控制器。数字化模块对传感器输出信号进行滤波放大和模数转换，输出数字信号。

数字化模块对传感器的微弱信号进行滤波和放大，将会不可避免地引入失调和失调漂移，给信 号测量带来一定误差。数字化模块的电源和传感器的电源相互独立时，电压波动将同时影响数字化 模块的模数转换输出。上述问题常见于各类桥式传感器的数字化过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具备一定通用性且精度高的实现桥式传感器数字化的 传感器系统平台，可以为测量领域提供一种高精度的桥式传感器数字化解决方案。

本发明以桥式传感器为服务对象，设计了一种基于全桥斩波技术、全差分信号调理技术、比率 测量技术和过采样技术的传感器系统平台，确保了桥式传感器自身技术指标的维持和优化。

本发明还提供了上述用于桥式传感器数字化的传感器系统平台的工作方法。

术语解释：

Σ-ΔADC，采用过采样结构，在非常高的采样速率下有效降低了基带(有用频带)内的量化噪 声，通过串接低通滤波器，可以有效抑制量化噪声的影响。

本发明的技术方案为：

一种用于桥式传感器数字化的传感器系统平台，包括数字化模块和微控制器模块；所述数字化 模块用于：实现桥式称重传感器的数字化；所述微控制器模块用于：控制数字化模块的工作，并对 数字化模块的输出数据进行处理。

根据本发明优选的，数字化模块包括全桥斩波模块、全差分信号调理模块和模数转换模块；

所述全桥斩波模块用于：控制桥式称重传感器的供电，以降低传感器系统平台的失调和失调漂 移；所述全差分信号调理模块用于：抑制桥式称重传感器输出信号的高频噪声，并对输出信号进行 放大；所述模数转换模块用于：采用Σ-ΔADC实现低噪声的模数转换。

根据本发明优选的，全差分信号调理模块包括差分低通滤波电路和差分电压放大电路，在差分 低通滤波电路后串联差分电压放大电路；-3dB频率点为9.9MHz，电压增益为11V/V，传感器信号 先由差分低通滤波电路去除通带外的噪声，再通过差分电压放大电路进行电压放大。