一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法与流程

本发明涉及一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法，属于无线精密测量技术领域。

背景技术：

细胞温度测量可能为了解细胞内生化反应及生物过程提供新的研究手段。细胞热检测有利于了解外部环境对细胞的影响，不仅能够提供对各种细胞事件的了解，更能够掌握细胞的病理状态，允许发展一些疾病的诊疗技术。

目前测定细胞温度的方法主要分为两大类，其中一类是通过单细胞测量的方法测量单个细胞的温度，测量方法有量子点，荧光染料，机械振动法与热电偶法等。另一类是通过将细胞处理消化后置于微量热仪器内测量多细胞的温度。以上测量方法中测量时细胞绝大多数为常温测量，或者是为隔绝热传导而选择真空环境下测量。研究表明，细胞培养方法可以显著影响细胞状态。例如，培养温度的降低导致细胞增殖迅速减少，细胞在g1期的积累，细胞的总代谢率降低，活细胞计数下降。当pco2维持在30～76毫米汞柱时，cho灌注培养反应器中的细胞生产力最大化。由于细胞形成复杂的细胞社会，因此测量正常生长状态下的细胞群温度而不损伤细胞。且不干扰细胞间通讯对于正确反应细胞信号是非常必要的。无线、实时、高通量的温度检测方法允许以快速的时间分辨率监测细胞外基质与细胞相互作用的过程。

常见热电阻测量方法多为恒压源或恒流源测量法，为达到对热电阻温度进行精密测量的目的，该方法要求需要施加于热电阻的电流或电压相当稳定，并且要求流过热电阻的电流或施加在热电阻上的电压值极小，而极小的电压或电流很难达到长时间的稳定，且测量时较困难。因此，本发明提出一种可减小测量电流值而又不依赖其稳定性的比值测量法，加之电流切换电路以及间歇测量，实现热电阻阻值的高精度测量，进而实现高精度温度测量的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决热电阻测量过程中电流源或电压源实现困难，不稳定，自热明显，环境影响大等问题，可减小测量电流值而又不依赖其稳定性的比值测量法，加之电流切换电路以及间歇测量，实现热电阻阻值的高精度测量，进而实现多通道高精度温度测量的目的。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种对多通道热电阻阻值在不同温度下进行无线精密测量的电路，其特征在于，所述电路包括稳压电路，电流切换电路，通道选择电路，数据采集电路，模数转换电路，主电路电路，无线传输电路以及软件控制与显示电路。

一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将测量电阻进行四线制连接测量，以减小引线带来的测量误差；

步骤2：基于高精密参考电阻，基于电压比值法精确测量各通道电压，不依赖于极其微弱的瞬时激励电流和电压，同样可以得出足够精密的电阻值；

步骤3：通过切换测量电流方向的方法得出两次相邻测量值并对其进行相减平均，从而达到消除环境噪声影响的目的，进一步获得更精确的测量结果；

步骤4：通过间歇测量的方法减小激励电流引起的热误差；

步骤5：通过电池供电，实现在培养箱中实时原位测温的目的；

步骤6：通过无线发射器与接收器，实现培养箱内数据向培养箱外传输的目的。

作为本发明的一种改进，所述步骤2基于高精密参考电阻，基于电压比值法精确测量各通道电压，具体如下：将各通道温度测量传感器与高精密参考电阻进行串联，并通过多个模拟开关切换ts5a9411分时测量各通道与高精密参考电阻的电压值us(n)和ur,us为各时刻传感器的电压值，n为各通道取值，范围为1到12，ur为各时刻参考电阻的电压；由于各通道传感器与高精密参考电阻的电压值us(n)和ur间的比值与各通道电阻值与高精密参考电阻阻值的比值相同，通过公式rs(n)/rr＝us(n)/ur可计算rs(n)值,n为各通道取值，范围为1到12，r为电阻值，u为电压值，s(n)为各通道传感器，r为高精密参考电阻。

作为本发明的一种改进，所述步骤3通过切换测量电流方向的方法得出两次相邻测量值并对其进行相减平均，具体如下：通过模拟开关切换电路切换电流方向获得相邻两次的电阻测量值，并进行正向相减后消除环境噪声并得出测量电阻值r＝[(rp+rn)-(-rp+rn)]/2；由于噪声无方向，在正向测量时测量到的电阻值为rp+rn，rp为传感器部分的电阻值，而rn为噪声引起的测量电阻值，电流方向切换为负向时，测量到的电阻值为-rp+rn，经过正向与负向电阻测量值相减后平均可获得去除噪声后的传感器电阻值。

作为本发明的一种改进，所述步骤4通过间歇测量的方法减小激励电流引起的热误差；具体如下：测量导通后延时4秒，然后每个分组即相邻两通道都进行测量，用时9秒，关闭测量通道，共用休眠时间5秒；通过间歇测量，每轮测量时间的占空比为50％，其他时间电路处于非工作状态。间歇测量使得实际测量电流减小，电路引起的自热更小，从而进一步提高了测量精度。

作为本发明的一种改进，所述步骤5通过电池供电，实现在培养箱中实时原位测温的目的，具体如下：电池供电电路由7.4v电池进行供电，然后借助lm1117芯片经电压转换与稳压电路转换为3.3v。通过将电池电压降低并稳压，可获得更低的激励电压，从而落在各传感器上的电流也更小，减小了因测量电流过大带来的自热，也就使得测量结果更精确。

作为本发明的一种改进，所述步骤6：通过无线发射器与接收器，实现培养箱内数据向培养箱外传输的目的，具体如下，培养箱内主电路采集数据并经过无线发射器传至箱外接收器，接收器与电脑相连，数据经接收后在电脑端通过软件处理后记录并显示，记录软件也用于对各通道电阻进行软件补偿；通过将培养箱内记录得到的各通道各时刻的电压值数据经软件处理后得出对应的电阻值；使用阻值为1kω的高精密参考电阻对各通道进行电阻值测量后，得出各通道48h相对于标准阻值的偏差，并使用软件进行校正。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下，本发明利用无线技术实现对多通道热电阻的实时测量，不稳定，自热明显，环境影响大等问题带来的测量影响。本发明利用比值电压测量法，加之电流切换电路以及间歇测量，实现热电阻阻值的高精度测量，进而实现不同温度下多通道热电阻的高精度阻值测量。本发明具有可精密测量热电阻在不同温度下的阻值、实现一定范围内动态高精度测量、测量时激励电流极小、自热较少、且可通过切换实现多通道测量等优点。

附图说明

图1为本发明系统设计示意图；

图2为本发明中电压比值法测量原理图；

图3为本发明中切换电路及控制信号；

图4为本发明中软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：参见图1，一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法，所述电路包括稳压电路(m1)，电流切换电路(m2)，通道选择电路(m3)，数据采集电路(m4)，微控制电路(m5)，无线传输电路(m6)以及软件控制与显示模块(m7)。稳压电路(m1)用以输出稳定的电压给电路供电，与各测量电路相连接；电流切换电路(m2)用于控制流经各热电阻电流的方向，与通道选择电路(m3)相连接，并由微控制电路(m5)进行控制；通道选择电路(m3)与数据采集电路(m4)连接，由微控制电路(m5)控制；数据采集电路(m4)与通道选择电路(m3)相连接，用以采集所选通道的数据，由微控制电路(m5)控制；微控制电路(m5)对采集到的数据进行模数转换并处理传输给无线传输电路(m6)中的无线发射模块，由微控制电路(m5)控制；无线传输电路(m6)由微控制电路(m5)控制数据的发送，无线接收电路与软件控制与显示模块(m7)相连，用于将接收的数据传输至电脑并由软件处理保存与显示。

实施例2：参见图1—图4，一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将测量电阻进行四线制连接测量，以减小引线带来的测量误差；

步骤2：基于高精密参考电阻，基于电压比值法精确测量各通道电压，不依赖于极其微弱的瞬时激励电流和电压，同样可以得出足够精密的电阻值；

步骤3：通过切换测量电流方向的方法得出两次相邻测量值并对其进行相减平均，从而达到消除环境噪声影响的目的，进一步获得更精确的测量结果；

步骤4：通过间歇测量的方法减小激励电流引起的热误差；

步骤5：通过电池供电，实现在培养箱中实时原位测温的目的；

步骤6：通过无线发射器与接收器，实现培养箱内数据向培养箱外传输的目的。

所述步骤2基于高精密参考电阻，基于电压比值法精确测量各通道电压，具体如下：将各通道温度测量传感器与高精密参考电阻进行串联，并通过多个模拟开关切换ts5a9411分时测量各通道与高精密参考电阻的电压值us(n)和ur,us为各时刻传感器的电压值，n为各通道取值，范围为1到12，ur为各时刻参考电阻的电压；由于各通道传感器与高精密参考电阻的电压值us(n)和ur间的比值与各通道电阻值与高精密参考电阻阻值的比值相同，通过公式rs(n)/rr＝us(n)/ur可计算rs(n)值,n为各通道取值，范围为1到12，r为电阻值，u为电压值，s(n)为各通道传感器，r为高精密参考电阻。如图2所示，本发明所述的一种对多通道热电阻阻值在不同温度下进行无线精密测量的电路的电压比值法测量各通道电阻方法为；

由测量可得v1,v2的值，高精密电阻的阻值rs已知，从而，各时刻各通道的电阻值可测。所述步骤3通过切换测量电流方向的方法得出两次相邻测量值并对其进行相减平均，具体如下：通过模拟开关切换电路切换电流方向获得相邻两次的电阻测量值，并进行正向相减后消除环境噪声并得出测量电阻值r＝[(rp+rn)-(-rp+rn)]/2；由于噪声无方向，在正向测量时测量到的电阻值为rp+rn，rp为传感器部分的电阻值，而rn为噪声引起的测量电阻值，电流方向切换为负向时，测量到的电阻值为-rp+rn，经过正向与负向电阻测量值相减后平均可获得去除噪声后的传感器电阻值。

所述步骤4通过间歇测量的方法减小激励电流引起的热误差；具体如下：测量导通后延时4秒，然后每个分组即相邻两通道都进行测量，用时9秒，关闭测量通道，共用休眠时间5秒；通过间歇测量，每次测量时间的占空比为50％，其他时间电路处于非工作状态。间歇测量使得实际测量电流减小，电路引起的自热更小，从而进一步提高了测量精度。

所述步骤5通过电池供电，实现在培养箱中实时原位测温的目的，具体如下：电池供电电路由7.4v电池进行供电，然后借助lm1117芯片经电压转换与稳压电路转换为3.3v。通过将电池电压降低并稳压，可获得更低的激励电压，从而落在各传感器上的电流也更小，减小了因测量电流过大带来的自热，也就使得测量结果更精确。

所述步骤6：通过无线发射器与接收器，实现培养箱内数据向培养箱外传输的目的，具体如下，培养箱内主电路采集数据并经过无线发射器传至箱外接收器，接收器与电脑相连，数据经接收后在电脑端通过软件处理后记录并显示，记录软件也用于对各通道电阻进行软件补偿；通过将培养箱内记录得到的各通道各时刻的电压值数据经软件处理后得出对应的电阻值；使用阻值为1kω的高精密参考电阻对各通道进行电阻值测量后，得出各通道48h相对于标准阻值的偏差，并使用软件进行校正。

如图3所示，本发明所述的一种对多通道热电阻阻值进行无线精密测量的方法的切换电路及控制信号具体实施方式为：s2置0，电流不流过传感器，电路处于休眠状态，s2置1，电流流过电阻，s1置0，电流由电阻的a端流向d端，s1置1时，电流由电阻的d端流向a端，从而通过切换s1的控制信号实现电流方向的切换。如图4所示，本发明所述的一种对多通道热电阻阻值在不同温度下进行无线精密测量的电路以及测量方法的软件设计流程图。

需要说明的是上述实施例仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。