桥式电路测量电阻式传感器的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种桥式电路测量电阻式传感器的系统及方法，系统包括由精密电阻R1、R2、R3以及待测电阻R4组成的桥式电路、模数转换器以及同时给桥式电路以及模数转换器基准电压接口供电的电压源。方法为：S1、电压源同时给桥式电路和模数转换器基准电压接口供电；S2、模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差ΔU采样，并转化为数字信号ΔAD；电压源U对应的满量程数字信号为AD0＝2n；S3、微处理器根据公式计算出待测电阻R4的值。本发明中桥式电路和模数转换器基准电压接口采用同一个电压源，待测电阻R4的值只与电压源对应的数字信号AD0和电压差ΔU对应的数字信号ΔAD有关，消除了因系统工作电压V的波动而带来的误差，提高了检测精度。
【专利说明】
桥式电路测量电阻式传感器的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及传感器测量技术领域，具体为一种桥式电路测量电阻式传感器的系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 热敏电阻传感器、压敏电阻传感器以及光敏电阻传感器等电阻式传感器通过测量 计算相应电阻的值，然后通过查表或者曲线拟合的方法，查询或计算出相应的温度、压力以 及光的强度等。电阻式传感器通常采用桥式电路对模拟信号采样，参考图1，外部供电电源 通过电平转换成系统工作所需电压V，系统工作电压一方面用来给桥式电路供电，另一方面 经过DC/DC转换器转换成ADC基准电压V ref，ADC基准电压用来给模数转换器基准电压接口供 电;微处理器控制模数转换器对两个桥臂之间的电压差采样A U，并转化为数字信号Δ AD。
[0003] 现有技术中桥式电路参见图2，R4和R3两端的电压分别为U1和U2，则两桥臂之间的 电压差AU = U1-U2，
[0005]设定ADC位数为η，则基准电压Vref对应的满量程数字信号为AD〇 = 2n，模数转化器采 样的电压差A U转化为数字信号为△ AD，则得到：
[0007] 结合公式1和公式2:
[0009] ADC基准电压具有比较小的波动，相对比较准确，但是系统工作电压受环境、电源 波纹以及电压芯片本身的制造工艺等影响往往会有较大波动，系统工作电压在某个范围内 波动，而非某个固定值。由于系统工作电压的误差往往导致计算测量出的待测电阻R4的值 不精确。
【发明内容】
[0010] 本发明针对测量出的待测电阻R4精确度低的问题，而研究设计一种桥式电路测量 电阻式传感器的系统和方法，本发明采用同一个电压源对桥式电路和模数转换器基准电压 接口供电的方法消除因系统工作电压的不稳定而带来的测量误差。
[0011] 本发明的技术手段如下：
[0012] 本发明公开了一种桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，包括：
[0013] 由精密电阻Rl、R2、R3以及待测电阻R4组成的桥式电路；
[0014] 对桥式电路两个桥臂之间的电压差采样，然后转化成数字信号的模数转换器；
[0015] 以及同时给桥式电路以及模数转换器基准电压接口供电的电压源。
[0016] 进一步地，所述电压源为系统供电电压。
[0017]进一步地，所述电压源为系统供电电压经过DC/DC转换器转化为的ADC基准电压。 [0018] 进一步地，所述电阻R1-端连接电压源的正极，另一端连接电阻R4;所述电阻R4的 另一端连接电压源的负极;所述电阻R2的一端连接电压源的正极，另一端连接R3;所述电阻 R3的另一端连接电压源的负极;两个桥臂之间的电压差为电阻R4两端的电压与电阻R3两端 的电压之差。
[0019] 进一步地，所述系统还包括:控制模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差 采样，并接受采样的数字信号的微处理器。
[0020] 本发明还公开了一种桥式电路测量电阻式传感器的方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0021] S1、电压源同时给桥式电路和模数转换器基准电压接口供电；
[0022] S2、模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差AU采样，并转化为数字信号Δ AD;所述模数转换器位数为n，则电压源电压U对应的满量程数字信号为AD〇 = 2n^J
[0023] S3、微处理器根据公式
计算出待测电阻R4 的值。
[0024] 进一步地，R1=R2 = R3 = R，
[0025] 与现有技术比较，本发明所述的桥式电路测量电阻式传感器的系统及方法具有的 有益效果是：桥式电路采用的电压和模数转换器基准电压接口采用的电压为同一个电压 源，待测电阻R4的值只与电压源对应的数字信号ADo和电压差△ U对应的数字信号△ AD有 关，消除了因系统工作电压V的波动而带来的误差，降低了成本，提高了检测精度。
【附图说明】
[0026] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为现有技术桥式电阻测量电阻式传感器的系统示意图；
[0028] 图2为现有技术以及实施例1桥式电路；
[0029]图3为本发明实施例1系统示意图；
[0030]图4为本发明实施例2系统示意图；
[0031]图5为本发明实施例2桥式电路。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 实施例1
[0034] 如图3所示的桥式电阻测量电阻式传感器的系统，结合图2,外部供电电源通过电 平转换成系统工作所需电压V，系统工作电压一方面用来给桥式电路供电，另一方面给模数 转换器基准电压接口供电;微处理器控制模数转换器对两个桥臂之间的电压差采样A U，并 转化为数字信号A AD。
[0035] R4和R3两端的电压分别为U1和U2,则两桥臂之间的电压差Δ U = U1_U2，
[0037]设定系统工作电压V转化成数字信号为ADo,模数转化器采样的电压差AU转化为 数字信号为A AD，则得到：
[0039] 结合公式4和公式5:
[0043]作为本发明的一种优选实施方式，选取R1=R2 = R3 = R，则可得出：
[0045] 具体的测量方法为：
[0046] S1、系统工作电压V同时给桥式电路和模数转换器基准电压接口供电；
[0047] S2、模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差AU采样，并转化为数字信号Δ AD ;模数转换器位数为η，则系统工作电压V对应的满量程数字信号为AD〇 = 2n，则
[0048] S3、微处理器根据公式
-计算出待测电阻R4 的值。
[0049] 可选择R1=R2 = R3 = R，则微处理器根据公式·计算待测电 阻R4。
[0050] 实施例2
[0051]如图4所示的桥式电阻测量电阻式传感器的系统，结合图5,外部供电电源通过电 平转换成系统工作所需电压V，系统工作电压通过DC/DC转换器转化为ADC基准电压Vref，ADC 基准电压Vrrf-方面用来给桥式电路供电，另一方面给模数转换器基准电压接口供电;微处 理器控制模数转换器对两个桥臂之间的电压差采样A U，并转化为数字信号Δ AD。
[0052] R4和R3两端的电压分别为U1和U2,则两桥臂之间的电压差Δ U = U1_U2，
[0054]设定系统工作电压V转化成数字信号为ADo,模数转化器采样的电压差AU转化为 数字信号为A AD，则得到：
[0056] 结合公式9和公式10:
「00581
[0060] 作为一种优选的实施方式，选取R1=R2 = R3 = R，则：
[0061] 具体的测量方法为：
[0062] S1、ADC基准电压Vref同时给桥式电路和模数转换器基准电压接口供电；
[0063] S2、模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差AU采样，并转化为数字信号Δ A D ;模数转换器位数为η，贝A D C基准电压V r e f对应的满量程数字信号为A D 〇 = 2 n，则
[0064] S3、微处理器根据公式
计算出待测电阻R4 的值。
[0065] 可选择R1 = R2 = R3 = R，则微处理器根据公式
计算待测电 阻R4。
[0066] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，包括： 由精密电阻Rl、R2、R3以及待测电阻R4组成的桥式电路； 对桥式电路两个桥臂之间的电压差采样，然后转化成数字信号的模数转换器； 以及同时给桥式电路以及模数转换器基准电压接口供电的电压源。2. 根据权利要求1所述的桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，所述电压源 为系统供电电压。3. 根据权利要求1所述的桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，所述电压源 为系统供电电压经过DC/DC转换器转化为的ADC基准电压。4. 根据权利要求1所述的桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，所述电阻R1 一端连接电压源的正极，另一端连接电阻R4;所述电阻R4的另一端连接电压源的负极;所述 电阻R2的一端连接电压源的正极，另一端连接R3;所述电阻R3的另一端连接电压源的负极； 两个桥臂之间的电压差为电阻R4两端的电压与电阻R3两端的电压之差。5. 根据权利要求1-4任一项所述的桥式电路测量电阻式传感器的系统，其特征在于，所 述系统还包括:控制模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差采样，并接受采样的数 字信号的微处理器。6. -种桥式电路测量电阻式传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 电压源U同时给桥式电路和模数转换器基准电压接口供电； 52、 模数转换器对桥式电路两个桥臂之间的电压差AU采样，并转化为数字信号 A AD ;所述模数转换器位数为n，则U对应的满量程数字信号为AD〇 = 2n，则53、 微处理器根据公式I：出待测电阻R4的值。7. 根据权利要求6所述的桥式电路测量电阻式传感器的方法，其特征在于，R1=R2 = R3 =R，诹
【文档编号】G01D5/16GK105865496SQ201610335280
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】刘礼亚, 张玉江, 管和平, 仲启端
【申请人】新誉集团有限公司