一种恒流或恒压传感器模拟系统的制作方法

本实用新型属于电子测量技术领域，尤其涉及一种恒流或恒压传感器模拟系统。

背景技术：

在电子测量领域，常常需要在实验室环境下，对各类传感器进行模拟，为被测设备提供各类模拟信号，以验证被测试设备在各类工况下正常工作的能力。

常见的模拟方法是在实验室环境下，采用和被测设备同类的传感器，构建局部试验环境，来验证被测设备的工作能力，其等效框图如图1所示，但是，这种方法明显存在以下问题：

1、需要在实验室构建传感器工作环境：传感器的工作环境可能很极端，例如：高/低温、高压、真空、高速等。

2、不适用于环境条件的激烈变化：模拟试验环境需要一定的时间，当用户需要快速模拟环境变化时，试验环境的构建会相对困难。

3、有些传感器不适于在实验室环境下模拟：有些传感器，由于体积、安装方式、保密需要或其它原因，不适于在实验室环境下进行模拟，导致被测设备个别功能无法在实验室环境下测试。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种恒流或恒压传感器模拟系统，不需要额外的试验环境就可以模拟传感器响应信号。

本实用新型采用以下技术方案：一种恒流或恒压传感器模拟系统，包括信号发生单元，信号发生单元的输出端连接有信号模拟单元，信号模拟单元用于实现传感器信号的模拟，信号模拟单元的输出端连接有信号缓冲平滑单元，信号缓冲平滑单元用于调整信号模拟单元发出的传感器信号，以便于该信号和待测设备的采样电路相匹配，并将调整好的传感器信号发送至待测设备；

信号模拟单元包括数字电位器，数字电位器的总线接口与信号发生单元的输出端相连接，且其输出端与信号缓冲平滑单元的信号输入端相连接；

数字电位器的上下端子还分别连接有电阻R1和电阻R2，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端与恒流/恒压源的正极连接，恒流/恒压源的负极接地；

当电阻R1与恒流源相连接时，数字电位器的上端子和其输出端短接，数字电位器的输出端连接至信号缓冲平滑单元的信号输入端。

进一步地，信号缓冲平滑单元包括并联的积分缓冲放大器U1和积分电容C1，积分缓冲放大器U1的负向输入端和积分电容C1的一端均与数字电位器的输出端连接，积分缓冲放大器U1的正向输入端接地；积分电容C1的另一端与积分缓冲放大器U1的输出端相连接并将模拟信号发送至待测设备。

进一步地，传感器模拟系统输出信号的电压范围为V1～V2，其中，V1为输出线号的电压上限，且V1＝Im*R1，V2为输出信号的电压下限，且V2＝Im*R2，Im为恒流/恒压源的输出电流。

本实用新型的有益效果是：本实用新型摒弃了传统的利用实物传感器，在实验室环境下构建局部试验环境，来验证被测设备的工作能力的方法。利用单片计算机芯片易于编程、数字电位器便于控制和积分缓冲电路对输出信号的平滑及带载能力的提高，巧妙配合，构成传感器模拟电路，为被测设备提供真实、有效的各种环境条件下的传感器信号，与传统的利用实物传感器、在实验室环境下构建局部试验环境来验证被测设备的工作能力的方法相比，本实用新型输出信号设定简单、明确，且不受外界环境的影响，还可用一种装置模拟多种传感器输出信号的情况，本实用新型通过改变信号发生器的参数，就可快速模拟真实传感器在不同环境条件下的输出信号，有效提升测试效率，模拟种类广，模拟传感器的输出信号既可以是直流信号、也可以是交变信号、调制信号。

【附图说明】

图1为现有验证被测设备的原理框图；

图2为本实用新型采用恒流源时的电路原理框图；

图3为本实用新型采用恒压源时的电路原理框图；

图4是本实用新型的一种实际应用简要原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种恒流或恒压传感器模拟系统，图3所示，包括信号发生单元，一般的选用信号发生器作为信号发生单元，可由通用的单片机芯片及其外围部件构成，在单片机芯片内写有相应的固件，其输出为一组控制数字电位器阻值变化的脉冲串信号，和待模拟传感器信号变化相对应。信号发生器有可编程接口，方便根据待模拟传感器的不同，编制不同的信号波形，也可以通过可编程接口输入不同的参数，模拟传感器在不同环境下的输出信号。

在设计电路中采用单片机作为信号源，一片芯片内可以依据传感器生产厂家给出的输出参数，设置不同的波形、频率、相位、幅度，实现一套装置可以模拟多种传感器在不同环境下的输出。

信号发生单元的输出端连接有信号模拟单元，信号模拟单元用于实现传感器信号的模拟，信号模拟单元包括数字电位器，数字电位器的总线接口与信号发生单元的输出端相连接，且其输出端与信号缓冲平滑单元的信号输入端相连接。

数字电位器的上下端子还分别连接有电阻R1和电阻R2，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端与恒流/恒压源的正极连接，恒流/恒压源的负极接地。如图2所示，当电阻R1与恒流源相连接时，数字电位器的上端子和其输出端短接，数字电位器的输出端连接至信号缓冲平滑单元的信号输入端。

信号发生器依据待模拟传感器的需求，输出一组控制数字电位器阻值变化的脉冲串信号，改变数字电位器的阻值，使数字电位器上的电压相应变化，实现数字电路模拟传感器输出信号的目标。

在采用恒流源的数字电位器中，数字电位器按可变电阻的形式连接，则输出信号为Vs＝(Ws+R2)Im，其中Ws为数字电位器构成的可变电阻的阻值，Im为恒流源或恒压源的输出电流。R1和R2是为了抵消真实传感器固有的死区特性，确保Vs信号和真实传感器输出特性一致。数字电位器的位数可按待模拟传感器的精度要求考虑。由于真实传感器都不可避免的带有死区，为了真实、有效的模拟传感器信号，应根据传感器生产厂家给出的传感器参数，设置R1、R2的阻值。传感器模拟系统输出信号的电压范围为V1～V2，其中，V1为输出线号的电压上限，且V1＝Im*R1，V2为输出信号的电压下限，且V2＝Im*R2。

数字电位器形成的信号源往往内阻较高，不便于和测试电路匹配，所以，信号模拟单元的输出端连接有信号缓冲平滑单元，信号缓冲平滑单元用于调整信号模拟单元发出的传感器信号，以便于该信号和待测设备的采样电路相匹配，并将调整好的传感器信号发送至待测设备。

利用数字电位器可以方便的由数字电路控制其阻值的特点，实现传感器信号的模拟。

数字电位器输出的信号是台阶状，为了真实模拟传感器输出信号，采用信号缓冲平滑单元对其进行平滑，信号缓冲平滑单元包括并联的积分缓冲放大器U1和积分电容C1，积分缓冲放大器U1可以对模拟信号进行平滑处理，积分电容C1用于滤除模拟信号的各种干扰。积分缓冲放大器U1的负向输入端和积分电容C1的一端均与数字电位器的输出端连接，积分缓冲放大器U1的正向输入端接地；积分电容C1的另一端与积分缓冲放大器U1的输出端相连接，并将平滑和滤除干扰后的模拟信号发送至待测设备。

积分缓冲放大器U1是为了方便模拟信号源和测试电路的匹配并平滑数字电位器输出信号的台阶，数字电位器输出阻抗较高，不便于和测试设备的采样电路配合，故采用缓冲器电路，提高VOUT的带载能力，使输出VOUT信号和真实传感器的输出信号相一致。

本实用新型一种恒流或恒压传感器模拟系统的工作方法为：

步骤1、根据待测设备的所需信号，即发出待模拟信号的传感器的输出参数，设置信号发生器的输入参数，并选择恒流或恒压源，电阻R1的阻值以及电阻R2的阻值。

步骤2、信号发生器根据输入参数生成脉冲串信号，并发送至数字电位器的总线接口。

步骤3、数字电位器根据总线接口和上下端子的输入信号，生成并输出传感器的模拟信号，并发送至信号缓冲平滑单元。

步骤4、通过信号缓冲平滑单元对接收的传感器的模拟信号进行平滑处理及滤除电路中产生的干扰，并将处理后的模拟信号发送至待测设备。

本实用新型不需要真实的传感器，也不需要额外的试验坏境，就可向被测设备提供传感器模拟信号，因此，不受环境变化的影响，且能模拟各类传感器的相应信号，对被测设备进行完整测试，提高测试系统的可行性。

如图4所示，为本实用新型实施例的一种实际应用简要原理图，按设计需求，模拟一种速度传感器信号。采用1mA恒流源驱动，恒流源开路电压为15V，其输出信号是以7.5V为对称轴的峰-峰值为10V的正弦波，中心频率为1KHz。

U1是一款通用的单片机，可以将所需波形信号通过JZ1接口预先写入其内存中，在芯片运行过程中，用户可在上位机通过JZ2接口，对其波形参数进行改变，从而模拟不同的速度。U1通过I²C总线，控制数字电位器的可变点位置按波形规律变化，形成所需波形，由于数字电位器输出的是阶梯波，故在输出端采用积分器对输出波形滤波，得到等效于真实速度传感器输出的波形。

由于最大变化范围为10V，故数字电位器选用10K阻值；由于恒流源开路电压为15V，波形对称轴为7.5V，波形幅度为10V，因此，计算R1：同理，可计算R2＝2.5KΩ

由于数字电位器绝对误差较大，相对误差较小，因此，在实际应用时需要仔细调整R1、R2的阻值来满足设计条件。