一种高精度传感器电流信号采样方法及电路与流程

本发明涉及航空、航海和工业控制等领域，尤其涉及一种高精度传感器电流信号采样的方法及电路。

背景技术：

环路电流输出被广泛应用于传感器等领域，使用将环路电流值作为传感器的输出变量，对于高精度传感器电路，系统误差通常在0.1％或0.01％以内，需要监测环路中ua级的电流变化，传统电流采样方法，其电流监测通过外接仪表完成，采样精度较低且存在通道噪声，采集到的电流值误差较大，导致精度远低于传感器自身精度，无法满足传感器系统的高精度要求。

技术实现要素：

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种高精度传感器电流信号采样方法及电路，将传感器环路中微小的电流变量转换为可监测的电压信号，同时将该电压信号高可靠的转换为数字信号输出，具有采集精度高、低噪声和可对运放电路端口进行过压保护的优点。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种高精度传感器电流信号采样方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)在传感器环路的输出端进行采样，将环路电流转换为电压信号；

2)将采集到的电压信号进行滤波，滤除通道噪声；

3)将滤波后的电压信号放大后输出；

4)对接收到的电压信号进行模数转换，输出数字信号。

优选的，步骤3)中，将滤波后的电压信号按所需的放大倍数放大后输出。

一种实现上述的高精度传感器电流信号采样方法的电路，其特殊之处在于：所述电路包括采样电阻、滤波电路、运放电路和数模转换芯片，采样电阻依次通过滤波电路、运放电路和数模转换芯片连接。

优选的，滤波电路包括电阻r1、电阻r2和电容c1，运放电路包括运算放大器a1、运算放大器a2和运算放大器a3，采样电阻一端通过电阻r1接入运算放大器a1的正输入端，采样电阻的另一端通过电阻r2接入运算放大器a2的正输入端，采样电阻与电容c1并联，运算放大器a1的输出端接运算放大器a3的负输入端，运算放大器a2的输出端分别接运算放大器a3的正输入端和接地，运算放大器a3的输出端接数模转换芯片。

优选的，运放电路还包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8，运算放大器a1的负输入端和输出端之间接电阻r7，运算放大器a2的负输入端和输出端之间接r8，运算放大器a1的输出端与运算放大器a3的负输入端之间接电阻r3，运算放大器a2的输出端与运算放大器a3的正输入端之间接电阻r4，运算放大器a2的输出端通过电阻r6接地，运算放大器a3的负输入端和输出端之间接电阻r5。

优选的，电路还包括电阻r9，运算放大器a1的负输入端和运算放大器a2的负输入端之间接电阻r9。

优选的，电路还包括两个场效应管，所述场效应管一个接在电阻r1和运算放大器a1的正输入端之间，另一个接在电阻r2和运算放大器a2的正输入端之间。

优选的，采样电阻为0.1％精密电阻。

本发明提供的种高精度传感器电流信号采样的方法及电路，用于获取传感器输出的微小电流变量，该电路包括采样电阻、滤波电路、运放电路和数模转换芯片，用采样电阻和滤波后的低噪声运放电路，将传感器环路中微小的电流变量转换为可监测的电压信号，同时，将该电压信号高可靠的通过数模转换芯片转换为数字信号输出。因此本发明具有采集精度高、低噪声和可对运放电路端口进行过压保护的优点。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种高精度传感器电流信号采样方法，包括以下步骤：

1)在传感器环路的输出端进行采样，将环路电流转换为电压信号；

2)将采集到的电压信号进行滤波，滤除通道噪声；

3)将滤波后的电压信号按所需的放大倍数放大后输出；

4)对接收到的电压信号进行模数转换，输出的数字信号。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

参见图1，本发明的具体实施例的结构包括采样电阻、滤波电路、运放电路和数模转换芯片，在传感器环路输入端接入采样电阻，将环路电流转换为电压信号，采样电阻使用0.1％精密电阻；滤波电路设置在采样电阻与运放电路输入端之间，将采样电阻采集到的电压信号经过滤波电路滤除通道噪声；运放电路输入端与滤波电路输出端相连，接受滤波后的电压信号，并将将接受滤波后的电压信号按放大倍数放大后输出，数模转换芯片与运放电路输出端连接，用于对接收到的电压信号进行模数转换，输出数字信号，数模转换芯片采用现有的数模转换芯片。

滤波电路包括电阻r1、电阻r2和电容c1，运放电路包括运算放大器a1、运算放大器a2、运算放大器a3、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8，采样电阻一端通过电阻r1接入运算放大器a1的正输入端，采样电阻的另一端通过电阻r2接入运算放大器a2的正输入端，采样电阻与电容c1并联，运算放大器a1的输出端通过电阻r3接运算放大器a3的负输入端，运算放大器a2的输出端通过电阻r4接运算放大器a3的正输入端，通过电阻r6接地，运算放大器a1的负输入端和输出端之间接电阻r7，运算放大器a2的负输入端和输出端之间接r8，运算放大器a3的负输入端和输出端之间接电阻r5，运算放大器a3的输出端接数模转换芯片。三个运算发大器a1、a2、a3组成两级运放电路，用于对采样后的电压信号进行特定比例的放大；电阻r3、r4、r5、r6、r7、r8用于配置各级运算发大器输出参数，阻值固定；

本发明的电路还包括电阻r9，电阻r9接在运算放大器a1的负输入端和运算放大器a2的负输入端之间，电阻r9用于配置整个运发电路的增益，阻值根据具体应用场景选取。

分压电阻r3、r4、r5、r6、r7、r8和r9组成增益调整电路通过改变配置阻值来控制电压放大倍数。

本发明的电路还包括两个场效应管，一个场效应管接在电阻r1和运算放大器a1的正输入端之间，另一个场效应管接在电阻r2和运算放大器a2的正输入端之间。场效应管在输入端保护运算放大器，防止输入电压过大。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种高精度传感器电流信号采样方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)在传感器环路的输出端进行采样，将环路电流转换为电压信号；

2)将采集到的电压信号进行滤波，滤除通道噪声；

3)将滤波后的电压信号放大后输出；

4)对接收到的电压信号进行模数转换，输出数字信号。

2.根据权利要求1所述的高精度传感器电流信号采样方法，其特征在于：所述步骤3)中，将滤波后的电压信号按所需的放大倍数放大后输出。

3.一种实现权利要求1所述的高精度传感器电流信号采样方法的电路，其特征在于：所述电路包括采样电阻、滤波电路、运放电路和数模转换芯片，所述采样电阻依次通过滤波电路、运放电路和数模转换芯片连接。

4.根据权利要求3所述的高精度传感器电流信号采样电路，其特征在于：所述滤波电路包括电阻r1、电阻r2和电容c1，所述运放电路包括运算放大器a1、运算放大器a2和运算放大器a3，所述采样电阻一端通过电阻r1接入运算放大器a1的正输入端，所述采样电阻的另一端通过电阻r2接入运算放大器a2的正输入端，所述采样电阻与电容c1并联，所述运算放大器a1的输出端接运算放大器a3的负输入端，所述运算放大器a2的输出端分别接运算放大器a3的正输入端和接地，所述运算放大器a3的输出端接数模转换芯片。

5.根据权利要求4所述的高精度传感器电流信号采样电路，其特征在于：所述运放电路还包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8，所述运算放大器a1的负输入端和输出端之间接电阻r7，所述运算放大器a2的负输入端和输出端之间接r8，所述运算放大器a1的输出端与运算放大器a3的负输入端之间接电阻r3，所述运算放大器a2的输出端与运算放大器a3的正输入端之间接电阻r4，所述运算放大器a2的输出端通过电阻r6接地，所述运算放大器a3的负输入端和输出端之间接电阻r5。

6.根据权利要求5所述的高精度传感器电流信号采样电路，其特征在于：所述电路还包括电阻r9，所述运算放大器a1的负输入端和运算放大器a2的负输入端之间接电阻r9。

7.根据权利要求3至6任一权利要求所述的高精度传感器电流信号采样电路，其特征在于：所述电路还包括两个场效应管，所述场效应管一个接在电阻r1和运算放大器a1的正输入端之间，另一个接在电阻r2和运算放大器a2的正输入端之间。

8.根据权利要求7所述的高精度传感器电流信号采样电路，其特征在于：所述采样电阻为0.1％精密电阻。

技术总结
本发明涉及一种高精度传感器电流信号采样方法及电路。本发明的方法包括以下步骤：1)在传感器环路的输出端进行采样，将环路电流转换为电压信号；2)将采集到的电压信号进行滤波，滤除通道噪声；3)将滤波后的电压信号放大后输出；4)对接收到的电压信号进行模数转换，输出数字信号。本发明将传感器环路中微小的电流变量转换为可监测的电压信号，同时将该电压信号高可靠的转换为数字信号输出，具有采集精度高、低噪声和可对运放电路端口进行过压保护的优点。

技术研发人员：权炜;田泽;刘敏侠;余立宁;刘若曦
受保护的技术使用者：西安翔腾微电子科技有限公司
技术研发日：2020.12.05
技术公布日：2021.04.09