[实用新型]高精度应变信号浮点量化模块

说明书

本实用新型涉及一种A/D转换电路模块，它特别涉及一种适用于高精度应变信号转换的浮点量化模块。

目前A/D转换电路一般只针对某个固定的模拟信号输入范围，当输入信号的强弱变化很显著时，A/D转换器的满量程范围只能适应强输入信号，当输入信号很小时，A/D转换器只能降低转换精度。例如，普通的电子秤通常只有一种固定的分度值，如300kg的电子秤，通常分度值为0.1kg，满刻度示值为3000个分度数。当称量30kg以下重物时，分度数只有300，它的精度太低。目前，也有厂家生产自动分段秤，其技术手段是通过提高A/D转换器的计数时钟频率，达到提高A/D分辨率的目的。但是，A/D分辨率的提高并不等于A/D精度的提高。在常规技术手段下，难于保证24万分辨率的A/D转换结果的稳定性，微小的干扰都可能导致A/D读数的大幅波动。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能根据输入信号的强弱自动进行分段，每一分段内对信号进行放大调整使其满足A/D转换器的量程范围，使每一分段内都能具有良好的A/D转换精度和稳定性的高精度应变信号浮点量化模块，以满足各种测量仪器的需要。

要实现本实用新型的目的，必须在每一个分段内都尽可能使信号达到A/D的满量程动态范围，为此需要采取如下技术措施：

1.采用PGA程控差分放大器，针对信号强弱采用不同的放大倍数，使信号的动态范围基本达到A/D转换的满量程范围。

2.采用动态零位跟踪技术，把零位的输出予以抵消，保证信号始终处于A/D的有效量程范围内。

这种高精度应变信号浮点量化模块的具体实施方法是：A/D转换器的基准参考电压经由运算放大器和集成电压调整模块所组成的升压扩流驱动电路，为应变传感器桥源提供+10v的桥压。同时A/D转换器的基准参考电压经由运算放大器跟随调整后由程控电位器分压后进入程控差分放大器的输入负端(也可正端)。传感器拾取的应变信号经前置仪表放大器放大后再经低通滤波器整形滤波，进入程控差分放大器的输入正端(也可负端)。A/D转换器输出的量化数字信号同微控制器MCU的数据输入端口相连，程控电位器的控制端与微控制器MCU的数据输出端口相连。

当传感器输出信号很弱时，可以采用提高程控放大器的放大倍数的方法来增强A/D转换器的输入信号。但是由于测量物处于零态时，传感器仍有一个输出信号，其大小取决于传感器的零位输出和皮重等因素。于是提高程控差分放大器的放大倍数也就增大了这个传感器的零态输出信号，从而并不能真正提高A/D转换器的有效量程范围。为此我们在程控差分放大器的输入负端接上一个程控电位器进行调整，使得其电压值略小于传感器的零态输出信号，这样就能保证A/D转换器的有效量程范围。

本实用新型同已有技术相比具有如下优点：

1.该模块的通用性好，可以适用于各种不同的测量领域，可以单独生产和销售。

2.电路工作可靠性高，稳定性好。

3.系统精度有保障，每一个分段内均能保证系统精度优于0.02％。

4.系统的成本低。

5.各项工艺参数的可控性强，余度大，适合大批量工业化生产。

下面结合本实用新型的附图作进一步的说明：

图1.本实用新型的系统电路方框图。

图2.本实用新型的电路原理图。

这种高精度应变信号浮点量化模块可应用于高精度分段电子秤。

附图1中：

1—为A/D转换器和基准参考电压输出电路；

2—为高精度电压调整和桥源驱动电路；

3—为称量传感器；

4—为前置仪表放大器；

5—为PGA程控差分放大器；

6—为程控数字电位器。

A/D转换器的基准参考电压输出电路[1]经高精度电压调整和桥源驱电路[2]后为称量传感器[3]提供桥压。同时A/D转换器基准参考电路[1]经程控数字电位器[6]分压后接入PGA程控差分放大器[5]的输入负端。称量传感器[3]拾取的应变信号经前置仪表放大器[4]放大后接入程控差分放大器[5]的输入正端。程控差分放大器[5]的输出信号再接入A/D转换器[1]的输入端。