[发明专利]数字石英晶体温度传感器及温度检测方法

说明书

本发明提供一种数字石英晶体温度传感器及温度检测方法，该数字石英晶体温度传感器包括：石英谐振器、信号放大电路和控制器；信号放大电路用于将石英谐振器输出的响应信号进行信号转换后传输至控制器；控制器包括依次连接的模数转换模块、数据处理模块、振荡电路和数模转换模块；振荡电路用于输出驱动信号至数模转换模块和数据处理模块；数据处理模块用于基于驱动信号对响应信号进行解调处理得到解调信号，并基于解调信号对响应信号进行补偿；还用于基于补偿后的响应信号确定驱动信号的目标频率；还用于基于目标频率确定温度检测值。本发明在全温范围内石英谐振器能够始终在其谐振频率处振荡，提高了温度检测结果的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，尤其涉及一种数字石英晶体温度传感器及温度检测方法。

背景技术

温度传感器是一种非常重要的热学量温度传感器，其在日常生活与工业生产中起着举足轻重的作用。根据工作原理与物理机制的不同，温度传感器可以分为热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、PN结温度传感器和石英晶体温度传感器。热电偶、热电阻和PN结温度传感器等传统温度传感器存在非线性度高、灵敏度低、长期稳定性差和自身功耗大等问题，并且在强磁场干扰作用下，传统温度传感器的灵敏度会严重降低，甚至出现无法工作的现象。石英晶体的谐振频率会随环境温度的变化而产生偏移，利用该物理机制，可以设计石英晶体温度传感器。在众多温度传感器中，只有石英晶体温度传感器是根据频率信号计算出环境温度值，并且石英晶体具有良好的压电特性、高品质因数和对强磁场的抗干扰性等特点，因此，石英晶体温度传感器具有高精度、高分辨率、重复性好、长期稳定性好和低功耗等优点。

目前，石英晶体温度传感器通常以模拟电路方式实现石英晶体的驱动，然后再通过计频电路测量石英闭环振荡电路的频率输出信号，石英晶体闭环振荡电路采用自激振荡驱动方案实现对石英晶体谐振频率的跟踪，以使得石英谐振器能够在其谐振频率点振荡。然而，石英谐振器之间参数存在差异，模拟分立器件参数之间也有差异，因此，闭环振荡电路无法保证石英谐振器在其谐振频率点处振荡，驱动信号的频率与谐振频率会存在一定的频差，无法保证温度测量结果的准确性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字石英晶体温度传感器及温度检测方法。

本发明提供一种数字石英晶体温度传感器，包括：石英谐振器、信号放大电路和控制器；

所述信号放大电路分别与所述石英谐振器和所述控制器连接，用于将所述石英谐振器输出的响应信号进行信号转换后传输至所述控制器；

所述控制器包括依次连接的模数转换模块、数据处理模块、振荡电路和数模转换模块；所述模数转换模块与所述信号放大电路连接，所述数模转换模块与所述石英谐振器连接；

所述振荡电路用于输出驱动信号至所述数模转换模块和所述数据处理模块；其中，所述驱动信号用于驱动所述石英谐振器；

所述数据处理模块用于基于所述驱动信号对所述响应信号进行解调处理，得到所述响应信号的解调信号，并基于所述解调信号对所述响应信号进行补偿，得到补偿后的所述响应信号；还用于基于补偿后的所述响应信号确定所述驱动信号的目标频率，并输出至所述振荡电路，所述目标频率用于所述振荡电路对所述驱动信号进行频率调节；还用于基于所述目标频率确定所述石英谐振器所处环境的温度检测值。

根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述驱动信号包括正弦信号和余弦信号，所述正弦信号的频率与所述余弦信号的频率相同；

所述振荡电路用于输出所述正弦信号至所述数模转换模块，并输出所述正弦信号和所述余弦信号至所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于基于所述正弦信号和所述余弦信号分别对所述响应信号进行同相解调和正交解调，得到所述响应信号的第一同相分量和第一正交分量，并基于所述第一同相分量和所述第一正交分量确定补偿后的所述响应信号。