一种采集双向电压信号的测量电路的制作方法

本发明涉及双向电压信号的检测技术领域，具体指一种电化学仪器等需要采集双向电压信号的测量电路。

背景技术：

目前，大部分adc芯片都是采用σ△技术，只能采集正向电压，然而传感器给出的信号为正负电压信号，这就需要对电路做进一步的信号处理成adc芯片可以直接读取的电压信号。目前常用的技术手段是把电压抬升以抵消负电压部分(如某仪电科学仪器股份有限公司的产品phg-21d，自2005年以来一以贯之)。但这样如果幅度太大会超出adc芯片的测量范围，只有把电压信号再进行比例缩小，才能达到adc芯片的直接读取信号。这就有存在一个缺陷是信号的减小会损失信号的精度，不能达到高精度信号的测量问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种不降低信号精度的情况下，采用单向电源adc芯片直接采集双向电压信号的新型测量电路。

本发明基于传统的整流电路的基础上，通过限幅，采用电子切换开关进行方向的切换达到测量双向电压信号的目的。

本发明一种采集双向电压信号的测量电路的工作原理(如附图1所示)简述如下：

一种采集双向电压信号的测量电路，包括电阻器r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7，电容器c1、c2，二极管d1、d2，第一运算放大器u1，其中u1分为两路运放u1a和u1b，第二运算放大器u2，其中u2分为两路运放u2a和u2b，和电子切换开关及电源作电路连接。

其中，第一运算放大器u1a为第一跟随器，由电阻器r1、电容器c1和第一运算放大器u1a构成。

所述电阻器r1、电容器c1对于输入级ui起到滤波缓冲作用，第一运算放大器u1a为第一跟随器，ui为第一跟随器的输入，ua为第一跟随器的输出，则ua＝ui。

第一运算放大器u1b为反向器，由电阻器r2、r3、r4和第一运算放大器u1b构成。

所述电阻器r2、r3，根据电流电势的流向原理，电流从ua经过r2，r3到ub。根据运算放大器的虚地的概念，得知ub＝-ua.

根据测量电子切换开关的1端与ub端连接，2端与uc端连接，3端与ua端连接。

当电子切换开关的2端与3端接时，uc＝ua；

当电子切换开关的2端与1端接时，uc＝ub＝-ua。

第二运算放大器u2a为限幅电路，由电阻器r5、r6，二极管d1，d2和第二运算放大器u2a构成限幅电路。

当uc>25mv时，第二运算放大器输出ue<25mv，二极管d2截止，d1导通，由于存在虚地，ud＝25mv；当uc<25mv时，第二运算放大器输出ue>25mv，二极管d2导通，d1截止，电路呈反相运算状态，ud＝50-(r6/r5)*uc。

当电子切换开关的2端与3端连接时，uc＝ua＝ui，r5＝r6，uc<25mv时，ui<25mv，ud＝50-(r6/r5)*uc>25mv。

电路后续的adc芯片可以直接读取到ui的值。

当电子切换开关的2端与1端连接时，由r2＝r3，得到uc＝ub＝-ua＝-ui；由r5＝r6，uc>25mv时，ui<-25mv,ud＝25mv。当电路后续的adc读取到25mv时，把电子切换开关切换到2端与3端连接，电路后续的adc芯片就可以直接读取到ui的值。

第二运算放大器u2b为第二跟随器，由电阻器r7、电容器c2和第二运算放大器u2b构成第二跟随器。

所述电阻器r7、电容器c2起到滤波缓冲作用，第二运算放大器u2b为第二跟随器，ud为第二跟随器的输入，uo为第二跟随器的输出，则uo＝ud。

综上所述，本发明一种采集双向电压信号的测量电路，采用限幅电路结合反相器，将正负双向电压信号，在无衰减的情况下直接转换成正电压信号，便于单向输入adc芯片的直接采集。

附图说明

图1为本发明一种采集双向电压信号的测量电路框图；

图2为本发明实施例测量电路图；

图3为本发明实施例输入±1v测试的效果图；

图4为本发明实施例输出测试的效果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

在ph计的应用测量电路(如附图1所示)，包括由第一跟随器1，第二跟随器2，反向器3，限幅电路4，电子切换开关5及电源作电路连接。

其中，

所述第一跟随器1由电阻器r1、电容器c1和第一运算放大器u1a构成；

所述第二跟随器2由电阻器r7、电容器c2和第二运算放大器u2b构成；

所述反向器3由电阻器r2、r3、r4和第一运算放大器u1b构成；

所述限幅电路4由电阻器r5、r6，二极管d1，d2和第二运算放大器u2a构成。

其中，

所述第一跟随器1的输入端为ui，输出端为ua；

所述第二跟随器2输入端为ud，输出端为uo；

所述反向器3输入端为ua，输出端为ub；

所述限幅电路4的输入端为uc，输出端为ud。

所述电子切换开关5的2端与uc端连接，1端与ub连接，3端与ua连接。

其中，ui为-2.0v到2.0v；

r1为10m到200mω；

r2＝r3，为2kω到100kω；

r4为1kω到50kω；

r5＝r6，为2kω到100kω；

r7为100ω到10kω；

vcc从3.3v到15v，-vcc从-3.3v到-15v。

实施例(如附图2所示)，本电路中r1＝100mω，c1＝510pf；

u1和u2采用lmc6062运算放大器；

r2＝r3＝r5＝r6＝10kω，r4＝5.1kω,r7＝1kω,；

c2＝100nf，电子切换开关5采用max4053。

当ui＝50mv时，电子切换开关5的2端与3端连接时，uc＝ua＝ui＝50mv；

由r5＝r6＝10kω，uc>25mv时，ud＝25mv；

当电路中adc读取到25mv时，把电子切换开关5切换到2端与1端连接，由r2＝r3＝10kω，uc＝ub＝-ua＝-ui＝-50mv,则ud＝50-(r6/r5)*uc＝100mv。

当ui＝-50mv时，电子切换开关5的2端与3端连接时，uc＝ua＝ui＝-50mv，r5＝r6＝10kω，uc<25mv时，ud＝50-(r6/r5)*uc＝100mv。

从ui输入-1.0v到1.0v,检测uo。

其效果(如附图3、图4所示)。

综上所述，本发明是一种采集双向电压信号的测量电路，采用限幅电路结合反相器，将正负双向电压信号，在无衰减的情况下直接转换成电压正信号，便于单向输入adc芯片的直接采集。本电路同样适合正负双向电压信号的采集，具有电路结构简单，测量精度高的特点，特别在电化学仪器产品领域有很大的应用前景。