[发明专利]一种基于称重传感器的模拟信号采样测量电路及方法

说明书

本发明公开了一种基于称重传感器的模拟信号采样测量电路及方法，称重传感器输出差分模拟信号SIG+和SIG‑分别与多通道模拟多路开关AM1输入端连接，多通道模拟多路开关AM1输出端与差分放大电路输入端连接；差分放大电路输出端与多通道模拟多路开关AM2输入端连接，多通道模拟多路开关AM2输出端依次连接积分电路、比较电路、占空比检测计算电路和三角波发生电路，三角波发生电路的输出端连接比较电路输入端；称重传感器反馈信号SEN+和SEN‑分别与多通道模拟多路开关AM3和AM4输入端连接，其多通道模拟多路开关AM3和AM4输出端均选通接入积分电路。消除了波动和误差，准确描述称重传感器的模拟信号实时变化特征。

技术领域

本发明属于称重技术领域，涉及一种基于称重传感器的模拟信号采样测量电路及方法。

背景技术

称重传感器的模拟信号采样测量作为本领域内公知技术一般是将称重传感器输出的模拟信号经过滤波、差分放大后采用高分辨率的A/D转换芯片(如AD7195等)将模拟信号转换成数字内码输出至微控制器MCU中进行数据处理。实际应用中称重传感器中的力测量单元会随着时间产生蠕变并且由于周围环境温度、压强、电源激励波动称重传感器的输出信号常常伴随一定的误差，必须通过信号采样测量电路尽可能的减小信号误差、滤除环境噪声，使信号误差处于可接受的公差范围之内。称重传感器根据接线方式分为4线制和6线制两种，4线制称重传感器接口分别为激励(EXC+)、激励(EXC-)、信号(SIG+)、信号(SIG-)，6线制称重传感器接口在4线制基础上增加了反馈(SEN+)、反馈(SEN-)两个接口。当4线制称重传感器与测量电路连接时，激励(EXC+)与反馈(SEN+)短接，激励(EXC-)与反馈(SEN-)短接，当6线制称重传感器与测量电路连接时，激励(EXC+)与反馈(SEN+)无需短接，激励(EXC-)与反馈(SEN-)无需短接。CN109510615公开了一种称重传感器输出接口转换电路，通过模拟开关灵活选择传感器输出接口与测量电路的连接关系。众所周知，称重传感器信号的采样测量有着严格的要求，其输出模拟信号正比于传感器激励电压的大小，通常为毫伏级别。

由于成本的原因信号采样测量电路中的电源一般选择DC电源，因而也采用DC放大。DC电源的好处是电路设计较为简单，但是常常伴随运算放大器的热电压误差和环境温度、压强变化造成的漂移误差以及电路中低频噪音的影响。对于上述测量误差，可以通过AC调制技术进行削弱，AC调制技术又分为称重传感器激励端调制和信号端调制。激励端AC调制技术通常是与具有相应功能的A/D芯片一起使用，由A/D芯片控制调制信号进而使称重传感器激励电压周期性交替反转，并且确保A/D芯片同步进行采样转换。信号端AC调制技术一般是通过模拟多路开关将信号采样测量电路输入的差分信号相互交错分别传送至两个运算放大器，运算放大器输出信号输出至与输入模拟多路开关同相的另外一个模拟多路开关被再次交错反转。差分信号在两个相邻测量相位间通过模拟多路开关以足够高的频率交错反转信号，这种方法同样可以抑制运算放大器的1/f噪声，将低频的1/f噪声信号升高至转换开关的频率，很容易借助低通滤波器滤除上述测量误差。在实现发明的过程中，发现现有A/D转换技术存在以下缺陷：

(1)当称重传感器激励信号或A/D转换芯片参考电压发生波动时会影响其测量精度。

(2)A/D转换芯片采用串行输出数据方式时速率低，同一时刻输出数据与实际信号会存在一定误差。

(3)A/D转换电路需要根据需求精度采用相应位数的A/D转换集成芯片，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于称重传感器的模拟信号采样测量电路及方法，消除了波动和误差，准确描述称重传感器的模拟信号实时变化特征，具有检测精度高、成本低、实时性好等优点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于称重传感器的模拟信号采样测量电路，包括称重传感器、多通道模拟多路开关、差分放大电路、积分电路、比较电路、占空比检测计算电路和三角波发生电路；