专利名称：采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法
技术领域：
本发明是一种采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法，属电子测量技术领域。
一般来说，电子测量中的干扰主要包括电磁场干扰、电源波动、温度变化等。现有技术对电磁场的干扰一般采用屏蔽、滤波等方法来消除干扰，而一般的屏蔽并不能阻挡电磁场的干扰，且有些场合很难实施屏蔽；滤波则可能把有用的信号滤掉，特别当应变信号和干扰信号频率及大小相近时，根本不能用滤波的方法而一些声称利用对称传感器可抵消干扰的测量方法，一方面应用范围很窄且很难制造出非常对称的传感器，另一方面并没有考虑电源波动和温度变化等因素对整个测量系统特别是放大电路的影响，而这种影响所产生的零漂移，正是目前测量电路的主要缺点。
本发明的目的就是为了克服和解决现有技术采用屏蔽、滤波等方法难于实施，无法消除电磁场干扰以及电源波动、温度变化等对电子测量系统产生零漂移等影响的缺点和问题，研究创造一种无需屏蔽、滤波就能从根本上消除电磁场干扰和零漂移等干扰，所测应变信号的频率范围只受放大器频率宽度影响的采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的本发明方法是把干扰源看成是所有干扰因素对测量电路产生干扰后的附加信号并记为E，与测量电路的理想输出信号V迭加在一起并记为E+V，采用一非常相似和靠近(同一有限空间内)并使用同一电源及具有其它条件、工作参数也相同或相似的线性电路，则其所受干扰近似为E，其输出信号则为E+理想的静态信号V0，令两信号相减，即(E+V)-(E+V0)=V-V0，而理想静态信号V0为一常量，所得结果便为一近似无干扰的信号。具体参照图1所示的工作原理方框图，当工作信号源工作时，其输出信号包含有应变信号和多种干扰信号，记为e1+U1，其中e1为干扰信号，U1为应变信号，经过放大器放大后，又加上放大器由于多种干扰源产生的干扰信号，得到的信号记为A(e1+U1)+e2，其中A为放大器放大倍数，e2为干扰信号；比较信号源输出信号包含有静态信号和多种干扰信号，记为e3+U2，其中e3为干扰信号，U2为静态信号，经过放大器放大后，也加上放大器由于多种干扰源产生的干扰信号，得到的信号记为A(e3+U2)+e4，其中A为放大器放大倍数，e4为干扰信号；由于两路电路非常相似和靠近(在同一有限空间内)，电磁场等干扰对两个信号源的干扰基本相同，即e1≈e3，并且放大器的电路工作参数相同，其所受干扰基本相同，两信号源放大后产生的干扰信号基本相等，即e2≈e4，令U=A(e1+U1)+e2-[A(e3+U2)+e4]≈A(U1-U2)，即经比较器比较后，干扰基本抵消，即所得信号为工作信号源的应变信号减去比较信号源的静态信号所得差值乘以放大器放大倍数，其干扰成分因极其微小而忽略，也即所得信号为基本无干扰的放大的应变信号；若放大器为非线性，则应对比较结果(比较后输出信号)进行修正。其中的比较信号源要求与工作信号源可相同或不相同，在实际应用中，可根据实际情况选取适当的电路来感应到两路基本相同的干扰即可。
本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果(1)本发明从根本上消除了电磁场干扰、零漂移等所有干扰，所测应变信号的频率范围只受放大器的频率宽度的影响，于是可轻易地达到超动态的兆赫级测量频率的水平，大大地拓宽了可测量信号的频率范围，大大地提高了测量精度；(2)由于采用干扰抑制干扰的方法，降低了对整个测量电路的电源、放大器、传感器等部件的稳定性的要求；(3)由于在具体实施过程中采用直流电桥电路，并且不需要采用屏蔽措施，因而大大降低了电路的复杂性，降低了对零件精度的要求，从而可大大降低成本；(4)本发明可以广泛应用于自动控制、仪器仪表等领域，具有较好的社会、经济效益。
下面对说明书
如下图1为采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法的工作原理方框图，图2为本发明实施例之一的电路原理图。图中Vcc、V+、V-为直流电源。
本发明的具体实施例的电路原理图如图2所示。①首先按图2所示设计，绘制印刷电路板，然后筛选元器件，进行安装调试，其中选R1=R2=R3=R4=R，其可为电阻应变片或半导体应变片等传感器，它们构成工作电桥，当工作电桥工作时，带干扰的应变信号Uab发生改变，经运算放大器U1A放大后，输出为对地电位Ue；选R12=R13=R14=R15=R，其为普通电阻，它们构成比较电桥。Ucd为带干扰静态信号，经运算放大器U1B放大后，输出为对地电位Uf，则比较后测量结果为Uef=Ue-Uf。调整可变电阻R6和R17，可控制Uab及Ucd的初始值，从而使Ue和Uf也同时接近某一数值，例如0值，从而使Uef初值也约为0，使整个电路的工作范围确定下来。调整R7及R18，可改变两电桥阻抗，在交变干扰电磁场下，以使Uab和Ucd交变干扰成分减至最小并使之很接近，可以视为相等；②因U1A和U1B为同一集成件IC，可选LM324型运算放大器，工作参数非常接近，故温度变化和电源电压波动以及其它外界干扰对这两者的影响是非常近似的，对地电位Ue因干扰而波动的同时，Uf也同时波动，且大小基本相等；③由于Ue和Uf干扰成分极相似，而Uef=Ue-Uf，干扰成分互相抵消。因此，对于Uef而言，可以在各种干扰下而呈稳定状态，输出的是无干扰的放大的应变信号；④实施中，要求选R8=R9=R19=R20，R10=R11=R21=R22，均为高精度电阻；放大倍数A=R8／R10；并选C1=C2。
权利要求
1.一种采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法，其特征在于它把干扰源看成是所有干扰因素对测量电路产生干扰后的附加信号并记为E，与测量电路的理想输出信号V迭加在一起并记为E+V，采用一非常相似和靠近(同一有限空间内)并使用同一电源及具有其它条件、工作参数也相同或相似的线性电路，其所受干扰近似为E，其输出信号则为E+理想的静态信号V0，令两信号相减，即(E+V)-(E+V0)=V-V0，而理想静态信号V0为一常量，所得结果便为一近似无干扰的信号；具体来说，工作信号源工作时，其输出信号包含有应变信号和多种干扰信号，记为e1+U1，其中e1为干扰信号，U1为应变信号，经过放大器放大后，又加上放大器由于多种干扰源产生的干扰信号，得到的信号记为A(e1+U1)+e2，其中A为放大器放大倍数，e2为干扰信号；比较信号源输出信号包含有静态信号和多种干扰信号，记为e3+U2，其中e3为干扰信号，U2为静态信号，经过放大器放大后，也加上放大器由于多种干扰源产生的干扰信号，得到的信号记为A(e3+U2)+e4，其中A为放大器放大倍数，e4为干扰信号；两电路非常相似和靠近(在同一有限空间内)，电磁场等干扰对两个信号源的干扰基本相同，即e1≈e3，并且放大器的电路工作参数相同，其所受干扰基本相同，两信号源放大后产生的干扰信号基本相等，即e2≈e4，令U=A(e1+U1)+e2-[A(e3+U2)+e4]≈A(U1-U2)，即经比较器比较后，干扰基本抵消，即所得信号为工作信号源的应变信号减去比较信号源的静态信号所得差值乘以放大器放大倍数，其干扰成分因极其微小而忽略，也即所得信号为基本无干扰的放大的应变信号；若放大器为非线性，则应对比较结果(比较后输出信号)进行修正。其中的比较信号源要求与工作信号源可相同或不相同，在实际应用中，可根据实际情况选取适当的电路来感应到两路基本相同的干扰即可。
全文摘要
本发明是采用干扰源与受干扰信号比较来抵消干扰的电子测量方法,它是把所有干扰视为同一干扰信号源,采用相似并靠近并用同一电源及有其它条件、工作参数相同或相似的电路来获得干扰信号源,与受相似干扰的测量信号比较后所得结果便为近似无干扰的信号;实际应用中选取适当电路来感应到两路基本相同干扰即可。用本发明可消除电子测量中的所有干扰,大大拓宽测量频率范围,大大降低对电路元件稳定性及精度的要求,降低成本,应用范围广。
文档编号G01R29/00GK1204774SQ9811327
公开日1999年1月13日 申请日期1998年7月8日 优先权日1998年7月8日
发明者黄育强, 周照耀, 刘宾 申请人:华南理工大学