[发明专利]一种消除单摆周期测量的系统误差的方法与电路

摘要

本发明提供了一种消除单摆周期测量的系统误差的方法与电路，彻底消除了现有技术中对传感器放置位置必须在单摆平衡位置处的严苛要求，彻底消除了由于现有技术中由于传感器放置位置偏差而导致的系统误差，本发明中对传感器的放置位置没有任何限制，放置在除单摆振动端点外的任何一处均可实现单摆周期的准确测量。本发明所测量的是单摆的真实周期而不是半周期，不再需要半周期换算为真实周期；取消了现有技术中的运算放大器、电压比较器、A/D转换器，无需单独设立脉冲整形电路，整个电路全部由CMOS电路构成开关电路，因此本发明的电路结构更简单，抗干扰能力更强，电路功耗更低。

主权项

一种专门用于消除单摆周期测量中的系统误差的传感器信号处理电路，所述系统误差是指由测量原理、测量仪器本身所带来的、通过多次测量取平均值的方法不能消除、只能适当减小的误差，其特征在于：所述传感器信号处理电路仅对单摆摆球从同一方向经过传感器所处位置时作出响应并输出计时信号、计数信号，对单摆摆球从相反方向经过传感器所处位置时则不作出响应，输出端保持为低电平状态；所述传感器信号处理电路包括：传感器信号整形电路、启停控制电路、核心处理电路；所述电路具有一个传感器信号输入端(INPUT)、一个信号输出端(OUTPUT)、一个启停控制端；传感器信号输入端(INPUT)连接至传感器电路，信号输出端(OUTPUT)连接至计时器电路和/或计数器电路；所述传感器信号整形电路、核心处理电路全部由MOS晶体管构成，无电阻、电容、电感等元件；所有MOS晶体管全部工作于开关状态；所述传感器信号整形电路用于对传感器输出的模拟信号进行整形变为方波脉冲信号，并同时取得反相的方波脉冲信号，两个互为反相的方波脉冲信号输出至核心电路；所述整形电路由两对结构对称的PMOS晶体管、NMOS晶体管以两个串联的CMOS反相器的形式构成；整形电路接收来自传感器电路的输出信号，并将整形后的输出信号传送至核心处理电路；所述启停控制电路具有一个启停控制端，用于发出核心电路开始工作和停止工作的控制信号；该控制端通过一上拉电阻连接至电源正极VDD，该控制端与电源地线之间连接有一个开关；该开关处于打开状态时，控制端电平为高电平，传感器信号处理电路的核心电路停止工作；该开关处于闭合状态时，控制端电平为低电平，传感器信号处理电路的核心电路正常工作；所述核心电路专门用于在设定的单摆单一运动方向的传感器脉冲信号上升沿或下降沿到来时使传感器信号处理电路输出电平实现翻转，通知计时器、计数器状态记下当时的时间、振动次数；且，在传感器信号输入端(INPUT)第N次由低电平状态跳变为高电平状态时，即传感器信号输入端(INPUT)接收到传感器电路发来的上升沿脉冲信号时：当N为奇数，即：若信号输出端(OUTPUT)原本为低电平状态，则跳变为高电平状态；若信号输出端(OUTPUT)原本为高电平状态，则跳变为低电平状态；当N为偶数时，信号输出端(OUTPUT)不会发生变化。所述传感器信号处理电路包括26个MOS晶体管，一个电阻R，和一个开关SW，26个MOS晶体管分别以T1～T26来表示，其中T1、T3、T5、T6、T9、T11、T14、T15、T17、T19、T21、T23、T25为PMOS晶体管，T2、T4、T7、T8、T10、T12、T13、T16、T18、T20、T22、T24、T26为NMOS晶体管。T21的栅极、T22的栅极均电连接至传感器信号输入端(INPUT)；T25的源极与T26的漏极均电连接至电路中C点作为信号输出端(OUTPUT)，信号输出至计时器电路、计数器电路；T1与T2、T9与T10、T11与T12、T19与T20分别构成CMOS传输门(TG)；T1的源极、T2、的源极、T11的漏极、T12的漏极、T15的栅极、T16的栅极、T19的源极、T20的源极、T25的栅极、T26的栅极均电连接至电路中的E点；T1的漏极、T2的漏极、T3的栅极、T4的栅极、T9的源极、T10的源极均电连接至电路中的F点；T3的源极、T4的漏极、T6的栅极、T7的栅极、T11的源极、T12的源极均电连接至电路中的G点；T21的源极、T22的漏极、T23的栅极、T24的栅极、T2的栅极、T9的栅极、T11的栅极、T20的栅极均电连接至电路中的B点；T23的源极、T24的漏极、T19的栅极、T12的栅极、T10的栅极、T1的栅极均电连接至电路中的A点；T5的源极、T6的漏极电连接；T6的源极、T7的漏极、T8的漏极、T9的漏极、T10的漏极均电连接至电路中的H点；T5的栅极、T8的栅极、T13的栅极、T14的栅极均电连接至电路中的D点作为启停电路控制电路的控制端，该控制端通过一上拉电阻连接至电源正极VDD，该控制端与电源地线之间连接有一个开关；T14的源极、T15的漏极电连接；T15的源极、T16的漏极、T17的栅极、T18的栅极均电连接至电路中的I点；T17的源极、T18的漏极、T19的漏极、T20的漏极均电连接至电路中的J点；T3的漏极、T5的漏极、T14的漏极、T17的漏极、T21的漏极、T23的漏极、T25的漏极均电连接至电源正极；T4的源极、T7的源极、T8的源极、T13的源极、T16的源极、T18的源极、T22的源极、T24的源极、T26的源极均电连接至电源地线；T1、T3、T5、T6、T9、T11、T14、T15、T17、T19、T21、T23、T25的P型衬底均电连接至电源正极；T2、T4、T7、T8、T10、T12、T13、T16、T18、T20、T22、T24、T26的N型衬底均电连接至电源地线。MOS管T21、T22、T23、T24构成整形电路；电阻R、开关SW、MOS管T5、T8、T13、T14构成启停控制电路；其余MOS构成核心电路。