一種高精度通用測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種高精度通用測(cè)量裝置包括：傳感器單元，其檢測(cè)非電量環(huán)境參數(shù)并將檢測(cè)到的非電量環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)；通用轉(zhuǎn)換單元，其接收和處理傳感器單元輸出的電量信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳遞至一信號(hào)采集單元，該單元可通過配置實(shí)現(xiàn)多種類型傳感器信號(hào)的接收，體現(xiàn)了其通用性；信號(hào)采集單元，其可提供電流源激勵(lì)，該電流源電路可實(shí)現(xiàn)四種高精度恒流源激勵(lì)的輸出；該電流源電路在原有減法電路基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可調(diào)的補(bǔ)償電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)參考電源的電壓補(bǔ)償，進(jìn)一步提高恒流源精度，并可通過該補(bǔ)償電阻校準(zhǔn)因電阻年漂所引起的誤差，提高恒流源電路性能。
【專利說明】一種高精度通用測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種高精度的通用測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)工作過程中，需要實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)各種運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，由于光刻機(jī)對(duì)需測(cè)量的參數(shù)種類和測(cè)量精度均有較高的需求，要求測(cè)量裝置一方面需要可以兼容各種類型的傳感器，即具有通用性，另一方面需要達(dá)到高精度的測(cè)量要求，需具備高精度測(cè)量的能力。另外，考慮到各環(huán)境參數(shù)的測(cè)量所對(duì)應(yīng)傳感器的分布位置不同，測(cè)量裝置需要做到每個(gè)傳感器接口的相互獨(dú)立，以便傳感器的插拔。為了滿足光刻機(jī)的工作需求，需提供一種測(cè)量裝置，可滿足以上所有條件，具有測(cè)量精度高，通用性強(qiáng)，方便操作的特點(diǎn)。
[0003]專利CN100432884提供了一種提高恒流源電路性能的方法，該恒流源電路如附圖1所示，該電路的參考電源和運(yùn)算放大器之間增設(shè)了減法裝置，使供電電源與參考電源相減后的結(jié)果作為運(yùn)算放大器的正端輸入，參考電阻連接到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，負(fù)載連接在三極管的發(fā)射極合電源地之間，使負(fù)載上的電壓以零點(diǎn)勢(shì)作為參考點(diǎn)，減少了恒流源電路對(duì)供電電源的依賴性，提高了恒流源的精度。但是，由于參考電源是由芯片ADR245提供，該芯片輸出參考電源為5V±2mV，而2mV的誤差對(duì)于高精度的測(cè)量系統(tǒng)而言是不可忽視的。
[0004]目前高精度的測(cè)量裝置一般只針對(duì)于溫度信號(hào)的測(cè)量，多適用于電流源激勵(lì)的溫度傳感器，測(cè)量信號(hào)比較單一，對(duì)傳感器類型的選擇也比較局限，只能滿足電流源激勵(lì)并且電壓輸出型傳感器的測(cè)量，不能滿足光刻機(jī)對(duì)多種參數(shù)的測(cè)量需求及對(duì)不同種類傳感器的激勵(lì)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種高精度通用測(cè)量裝置，包括:
[0006]傳感器單元，其檢測(cè)非電量環(huán)境參數(shù)并將檢測(cè)到的非電量環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào);
[0007]通用轉(zhuǎn)換單元，其接收和處理傳感器單元輸出的電量信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳遞至一信號(hào)采集單元；
[0008]該通用轉(zhuǎn)換單元包括一傳感器激勵(lì)模塊，可通過配置為傳感器單元配置不同的激勵(lì)源，該通用轉(zhuǎn)換單元還包括一信號(hào)處理模塊，可通過配置實(shí)現(xiàn)電流輸出型和電壓輸出型傳感器的信號(hào)接收；
[0009]信號(hào)采集單元，其對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行采集信號(hào)；
[0010]其特征是，所述通用測(cè)量裝置還包括一恒流源電路，其產(chǎn)生所述傳感器單元激勵(lì)需求的恒流源，該恒流源電路包括減法電路和四路恒流源可配置電路，該四路恒流源可配置電路包括參考電阻以及與該參考電阻串聯(lián)的補(bǔ)償電阻，一供電電源和參考電源通過減法電路相減后的結(jié)果作為參考電阻和可調(diào)電阻上的電壓降，該四路恒流源可配置電路通過參數(shù)配置選通輸出一路所述傳感器單元激勵(lì)需求的恒流源，該補(bǔ)償電阻為可調(diào)電阻。通過調(diào)節(jié)該可調(diào)電阻來減少參考電源所引起的誤差，提高了恒流源的精度。
[0011]上述四種恒流源可配置電路采用多通道選通技術(shù)，實(shí)現(xiàn)四種恒流源可選功能；
[0012]上述恒流源電路中，供電電源和參考電源經(jīng)過減法電路相減后的結(jié)果作為運(yùn)算放大器的正輸入端，一電阻連接在運(yùn)算放大器的輸出端和一三極管的基極之間，運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端子接到三極管的發(fā)射極。供電電源和參考電源通過減法裝置相減后的結(jié)果作為參考電阻和可調(diào)電阻上的電壓降，減少了恒流源電路對(duì)供電電源和參考電源的依賴性。
[0013]進(jìn)一步地，恒流源電路中的補(bǔ)償電阻的精度為0.1%，參考電阻的精度為0.01%。
[0014]進(jìn)一步地，傳感器單元包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、濕度傳感器等多種傳感器，傳感器單元采集非電量信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)后，將該電量信號(hào)傳遞至通用轉(zhuǎn)換單元。
[0015]進(jìn)一步地，傳感器激勵(lì)模塊包括電壓源激勵(lì)模塊、電流源激勵(lì)模塊及激勵(lì)選通模塊。電壓源激勵(lì)模塊包括升壓電路和降壓電路，用于將輸入的電壓源轉(zhuǎn)換至特定的電壓源；電流激勵(lì)模塊配置為恒流源電路所提供的電流源；激勵(lì)選通模塊包括兩個(gè)撥碼開關(guān)，該兩個(gè)撥碼開關(guān)控制多路模擬開關(guān)的輸出，以實(shí)現(xiàn)多種傳感器的激勵(lì)選通。
[0016]進(jìn)一步地，通用轉(zhuǎn)換單元還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被信號(hào)采集單元接收的電壓信號(hào)，該信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊包括單刀雙擲開關(guān)和選擇開關(guān)。
[0017]進(jìn)一步地，通用轉(zhuǎn)換單元還包括信號(hào)分壓模塊，將傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被信號(hào)采集單元接收的電壓信號(hào)，該信號(hào)分壓模塊包括單刀雙擲開關(guān)和選擇開關(guān)。
[0018]進(jìn)一步地，信號(hào)采集單元包括采集信號(hào)選通開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該采集信號(hào)選通開關(guān)由控制器控制并選通一路采集信號(hào)通道，該控制器還控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換參數(shù)。
[0019]本發(fā)明的高精度通用測(cè)量裝置可適用于多種類型傳感器以完成測(cè)量過程，具有精度高，通用性強(qiáng)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其有益效果如下:
[0020](I)采用多路選通技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各通道激勵(lì)可選的功能，從而使得測(cè)量裝置可兼容多種激勵(lì)類型的傳感器；
[0021 ] (2)在恒流源電路中設(shè)置可調(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)參考電源的電壓補(bǔ)償，達(dá)到進(jìn)一步提高恒流源性能的效果，并可通過該可調(diào)電阻校準(zhǔn)因參考電阻年漂所引起的誤差；
[0022](3)設(shè)置選擇開關(guān)選通信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)分壓電路，使得測(cè)量裝置可兼容電流輸出型和電壓輸出型的傳感器，而且不會(huì)影響對(duì)高精度溫度傳感器的測(cè)量精度要求；
[0023](4)各通道采用四線制傳感器接口，可兼容三線制、四線制類型的傳感器信號(hào)測(cè)量，并使每個(gè)通道上的傳感器均可獨(dú)立的插拔，而互不影響；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的恒流源電路配置示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明高精度通用測(cè)量裝置第一實(shí)施例的示意圖
[0026]圖3a_3b是本發(fā)明第一實(shí)施例的四線制傳感器接口和三線制傳感器接口的示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的電壓源激勵(lì)模塊的示意圖。
[0028]圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的電流源電路的示意圖。
[0029]圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的激勵(lì)選通模塊的示意圖。[0030]圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的示意圖。
[0031]圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)分壓模塊的示意圖。
[0032]圖9是本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]總體而言，本發(fā)明旨于提出一種高精度通用測(cè)量裝置，包括:傳感器單元，其檢測(cè)非電量環(huán)境參數(shù)并將檢測(cè)到的非電量環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)；通用轉(zhuǎn)換單元，其接收和處理傳感器單元輸出的電量信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳遞至一信號(hào)采集單元；該通用轉(zhuǎn)換單元包括一傳感器激勵(lì)模塊，可通過配置為傳感器單元配置不同的激勵(lì)源，該通用轉(zhuǎn)換單元還包括一信號(hào)處理模塊，可通過配置實(shí)現(xiàn)電流輸出型和電壓輸出型傳感器的信號(hào)接收；信號(hào)采集單元，其對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行采集信號(hào)；測(cè)量裝置還包括一恒流源電路，其產(chǎn)生所述傳感器單元激勵(lì)需求的電流源，該恒流源電路包括四路恒流源可配置電路和與參考電阻串聯(lián)的四個(gè)補(bǔ)償電阻，該恒流源可配置電路通過參數(shù)配置選通輸出一路所述傳感器單元激勵(lì)需求的恒流源，該補(bǔ)償電阻為可調(diào)電阻。
[0034]圖2所示為本發(fā)明高精度通用測(cè)量裝置的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，該通用測(cè)量裝置包括:傳感器單元100、通用轉(zhuǎn)換單元200、信號(hào)采集單元300和通訊單元400，其中傳感器單元100配置為檢測(cè)溫度、壓力、流量、濕度等非電量環(huán)境參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)；通用轉(zhuǎn)換單元200包括傳感器激勵(lì)模塊1、傳感器接口 2、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9和信號(hào)分壓模塊10，該傳感器激勵(lì)模塊I包括電壓源激勵(lì)模塊3、電流源激勵(lì)模塊4及激勵(lì)選通模塊5，并被配置為向傳感器單元100的多種類型的傳感器配置激勵(lì)源；信號(hào)采集單元300包括采集信號(hào)選通開關(guān)11和模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，本實(shí)施例的通用測(cè)量裝置還包括電壓源6、恒流源電路7及控制器13，電壓源6和恒流源電路7分別向電壓源激勵(lì)模塊3和電流源激勵(lì)模塊4提供被配置為激勵(lì)源的電壓源和電流源。
[0035]該通用轉(zhuǎn)換單元200用于接收傳感器單元100輸出的電量信號(hào)，通過信號(hào)處理模塊8將傳感器單元100輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被信號(hào)采集單元300接收的信號(hào)，信號(hào)處理模塊8可包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9和信號(hào)分壓模塊10，將傳感器單元100輸出的電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)采集單元300可接收的電量信號(hào)。該通用轉(zhuǎn)換單元200還具有為傳感器單元100內(nèi)的傳感器配置激勵(lì)源的功能，通過傳感器激勵(lì)模塊I向傳感器單元100的多種類型的傳感器配置激勵(lì)源。
[0036]如圖2所示，本實(shí)施例的高精度通用測(cè)量裝置中，電壓源6、恒流源電路7及控制器13可設(shè)置在信號(hào)采集單元300中，顯然地，也可以不設(shè)置在信號(hào)采集單元300內(nèi)，而是單獨(dú)的模塊。
[0037]下面將結(jié)合附圖詳述本實(shí)施例高精度通用測(cè)量裝置的各模塊單元及其工作過程。
[0038]一、傳感器單元
[0039]傳感器單元100配置為檢測(cè)溫度、壓力、流量、濕度等非電量環(huán)境參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，并將電量信號(hào)傳遞至通用轉(zhuǎn)換單元。該傳感器單元100可包括但不限于高精度的溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、濕度傳感器等，根據(jù)光刻機(jī)對(duì)工作環(huán)境的要求和性能指標(biāo)要求，可以選用不同類型、不同型號(hào)等傳感器，所選擇傳感器的輸出信號(hào)一般包括但不限于:0?5V、0?10V、4?20mA。[0040]二、傳感器接口
[0041]本實(shí)施例的傳感器接口 2包括多個(gè)通道的四線制接口 16，例如LEMO公司生產(chǎn)的EZG.1B.304.CLN4的四芯接口，如圖3a所示，每個(gè)通道的四線制接口 16包括動(dòng)力線正端16a和動(dòng)力線負(fù)端16b,以及信號(hào)線正端16c和信號(hào)線負(fù)端16d,該接口結(jié)構(gòu)適配于四線制接口的各種傳感器。本實(shí)施例的四線制傳感器接口還可兼容三線制傳感器，如圖3b所示，在傳感器線纜接口端將對(duì)應(yīng)的動(dòng)力線負(fù)端16b和信號(hào)線負(fù)端16d短接即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三線制傳感器的兼容。
[0042]三、電壓源激勵(lì)模塊
[0043]電壓源激勵(lì)模塊3包括升壓電路和降壓電路，如圖4所示，用于將電壓源6或者外部供電設(shè)備提供的12V電壓源，經(jīng)過濾波后轉(zhuǎn)換至5V、24V或者其他特定伏特?cái)?shù)的電壓源，以滿足不同傳感器的激勵(lì)需求。
[0044]本實(shí)施例中，升壓電路用于實(shí)現(xiàn)12V電壓到24V電壓的轉(zhuǎn)換，采用LT公司生產(chǎn)的DC/DC芯片LT1070，該電路中的電感元件必須選用直流阻抗較小，電流大于500mA的電感，可滿足同時(shí)給三個(gè)24V激勵(lì)的傳感器供電的需求。
[0045]本實(shí)施例中，降壓電路用于實(shí)現(xiàn)12V電壓到5V電壓的轉(zhuǎn)換，選用芯片型號(hào)為L(zhǎng)M78L05，它的輸入電壓為12V，輸出為5V，輸出最大電流為500mA，可滿足對(duì)多路5V激勵(lì)傳感器的供電需求。
[0046]四、電流源激勵(lì)模塊
[0047]電流源激勵(lì)模塊4為恒流源電路7提供的電流源，該恒流源電路7可產(chǎn)生1mA、100uA、10uA、luA其中之一的電流源，滿足如鉬電阻傳感器PT100、PT1000,以及熱敏電阻傳感器5610、5641的供電需求。
[0048]如圖2及圖5所示，恒流源電路7包括四路恒流源可配置電路，該恒流源電路7采用運(yùn)放40產(chǎn)生5V的參考電壓(也即參考電源)，供電電源Vcc和參考電壓經(jīng)過作為減法電路的運(yùn)放41產(chǎn)生(12-5) V的輸出電壓，并作為運(yùn)算放大器42的正輸入端，電阻43連接在運(yùn)算放大器42的輸出端和三極管45的基極之間，運(yùn)算放大器42的負(fù)反饋端子接到三極管45的發(fā)射極。
[0049]四路恒流源可配置電路，即為四路恒流源選擇輸出的配置電路，包括連接至供電電源31的四路電源輸入通道30a、30b、30c和30d，通過參考電阻36/37/38/39，以及與參考電阻36/37/38/39串聯(lián)的補(bǔ)償電阻32/33/34/35連接至一控制模擬開關(guān)30的輸入端(S1A，SlB ；S2A, S2B ；S3A, S3B ；S4A, S4B)，控制模擬開關(guān)30的輸出連接到通用轉(zhuǎn)換單元200的電流源激勵(lì)模塊4，控制器13可操作地，由控制器13設(shè)定不同的選通參數(shù)，控制恒流源可配置電路的控制模擬開關(guān)30的兩個(gè)輸入端CSSAO和CSSAl?？刂破?3將CSSAO和CSSAl相應(yīng)地分別設(shè)置為對(duì)應(yīng)四種狀態(tài):‘11’、‘10’、‘01’、‘00’，通過運(yùn)算，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生lmA、100uA、IOuAUuA其中之一的電流源的輸出選擇。
[0050]下面將詳細(xì)闡述本實(shí)施例中恒流源電路的改進(jìn)。
[0051]參考圖2，在不設(shè)置補(bǔ)償電阻32/33/34/35的情況下，恒流源電路7中的參考電阻36/37/38/39的阻值分別設(shè)定為5M Ω/500k Ω/50k Ω/5k Ω，精度均為0.01%。
[0052]參考電阻36/37/38/39兩端的壓降為供電電源31的電壓減去三極管45端電壓，所以參考電阻36/37/38/39兩端的壓降為運(yùn)放40的輸出參考電壓。因此，可通過選取輸出電壓精度高的運(yùn)放40來提高參考電阻36/37/38/39兩端電壓的精度，進(jìn)而提高恒流源電路7的精度。本實(shí)施例選用的運(yùn)放40為ADR245，運(yùn)放41為INA105，運(yùn)放42為0PA602。運(yùn)放40 (ADR245)的輸出的參考電壓誤差為2mV，紋波為2uV。
[0053]下面以高精度的熱敏電阻傳感器5641 (精度為0.005°C )為例來分析該參考電源誤差導(dǎo)致的恒流源誤差，恒流源激勵(lì)選用10uA，參考電阻34為500kQ，電流源誤差為:
[0054]Error = (2mV-1-500k Ω ) +IOuA = 0.04%
[0055]熱敏電阻傳感器5641在20°C時(shí)的電阻值為5ΚΩ，則:
[0056]Rerror = 5ΚΩ X (IOuAX0.04% -1OuA) +IOuA = 2 Ω
[0057]熱敏電阻傳感器5641在20°C環(huán)境下變化0.005°C時(shí)，電阻變化值大約為I Ω，這樣電流源帶來的誤差為0.0re，對(duì)于高精度標(biāo)準(zhǔn)要求的光刻機(jī)而言，這樣的誤差是不可忽視的。
[0058]所以，為了提高恒流源電路的精度，本實(shí)施例的恒流源電路7的參考電阻36/37/38/39的阻值分別設(shè)置為4.99M Ω /499k Ω /49.9k Ω /4.99k Ω ,并增加可調(diào)電阻32/33/34/35，其阻值分別為20k Ω/2k Ω/200 Ω/20 Ω，精度為0.1 %。通過可調(diào)電阻32/33/34/35的微調(diào)，補(bǔ)償因參考電源精度不夠而引起的誤差。另外，當(dāng)參考電阻36/37/38/39因年漂有所偏差時(shí)，也可通過微調(diào)可調(diào)電阻32/33/34/35來補(bǔ)償。
[0059]考慮到可調(diào)電阻32/33/34/35的精度和參考電阻36/37/38/39精度對(duì)測(cè)量所帶來的誤差，這里同樣以高精密的熱敏電阻傳感器5641 (精度為0.0050C )為例進(jìn)行分析，恒流源激勵(lì)選用10uA，參考電阻34為500k Ω，所產(chǎn)生的恒流源精度為:
[0060]Error = (200 Ω X0.1% +500k Ω X0.01% ) 500k Ω = 0.01004%
[0061]恒流源精度所帶來的測(cè)量誤差:
[0062]Rerror = 5ΚΩ X (IOuAX0.0104% ) +IOuA = 0.52 Ω
[0063]顯然，可調(diào)電阻32/33/34/35的微調(diào)補(bǔ)償了因參考電源精度不夠而引起的恒流源誤差，并且可調(diào)電阻和參考電阻的精度所產(chǎn)生的恒流源精度可滿足測(cè)試精度需求。
[0064]五、激勵(lì)選通模塊
[0065]激勵(lì)選通模塊5用于傳感器單元100的各傳感器的激勵(lì)配置，每一通道的激勵(lì)配置由對(duì)應(yīng)的兩個(gè)撥碼開關(guān)15-和15-2來控制。通過撥碼開關(guān)控制多路模擬開關(guān)18和19，實(shí)現(xiàn)電流源或電壓源激勵(lì)的選通，再將輸出的激勵(lì)傳輸?shù)絺鞲衅鹘涌?200。
[0066]如圖6所示，為一路通道激勵(lì)的配置電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中撥碼開關(guān)15-1的一端接到多路模擬開關(guān)18和19的AO引腳，并通過上拉電阻接到+5V電源17，另一端接到電源地。撥碼開關(guān)15-2的一端接到多路模擬開關(guān)18和19的Al引腳，并通過上拉電阻接到+5V電源17，另一端接到電源地。
[0067]通過控制撥碼開關(guān)15-1和15-2的開與關(guān)，控制多路模擬開關(guān)18和19的AO和Al引腳，撥碼開關(guān)15-1和15-2可設(shè)置四種不同的組合狀態(tài)，從而多路模擬開關(guān)的引腳A0、A1可相應(yīng)的被設(shè)置在四種狀態(tài):‘11’、‘10’、‘01’、‘00’，通過多路模擬開關(guān)18和19的邏輯運(yùn)算處理，可實(shí)現(xiàn)所需輸入激勵(lì)的選通，并通過多路模擬開關(guān)的D端子輸出。
[0068]多路模擬開關(guān)18的輸出D連接到傳感器接口 16的動(dòng)力線正端16a(pinl)，多路模擬開關(guān)19的輸出D連接到傳感器接口 16的動(dòng)力線負(fù)端16c(pin4)，從而實(shí)現(xiàn)四種激勵(lì)源的配置。[0069]顯然地，采用本實(shí)施例的選通方式，可以根據(jù)不同類型、不同型號(hào)傳感器的激勵(lì)源需求自由地更換傳感器的激勵(lì)類型。
[0070]六、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊
[0071]信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9配置為將電流輸出型傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為可被信號(hào)采集單元接受的電壓信號(hào)，如將4?20mA的傳感器電流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為O?5V的電壓信號(hào)。
[0072]如圖7所示，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9包括采樣電阻20、電容21、單刀雙擲開關(guān)22、選擇開關(guān)23和運(yùn)算放大器24，其中采樣電阻20需要根據(jù)電流型傳感器的帶負(fù)載能力來確定其阻值，一般電流型輸出傳感器的額定最大負(fù)載K (Vm-1OV)/0.02Ao本實(shí)施例選用100Ω的采樣電阻。本實(shí)施例采用單電源供電運(yùn)放AD820作為電壓跟隨器。電容21的作用是為了提高抗干擾能力，消除高頻信號(hào)干擾。
[0073]信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9通過一個(gè)單刀雙擲開關(guān)22來實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換與否。當(dāng)開關(guān)22接通1-2時(shí)，信號(hào)為直連狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)接通1-3時(shí)，進(jìn)行電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9還設(shè)置了選擇開關(guān)23，其目的是為了消除運(yùn)放AD820的失調(diào)電壓。AD820的最大失調(diào)電壓為800uV，該失調(diào)電壓對(duì)于精確度要求高的溫度參數(shù)而言，其帶來的誤差不可忽略。對(duì)于IOuA激勵(lì)的溫度傳感器測(cè)量所產(chǎn)生的誤差:
[0074]Reeeoe = U失調(diào)/I = 800uV/10uA = 80 Ω ；
[0075]而對(duì)于溫度傳感器5641而言，在20°C的環(huán)境下，溫度變化0.1°C時(shí)，電阻的變化值為20 Ω，失調(diào)電壓SOOuV所導(dǎo)致的測(cè)量誤差為0.4°C，這個(gè)誤差不可忽略的。本實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9通過設(shè)置選擇開關(guān)23，在需要信號(hào)轉(zhuǎn)換處理時(shí)，則關(guān)閉開關(guān)23，在進(jìn)行溫度測(cè)試或者不需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的測(cè)試時(shí)斷開選擇開關(guān)23，以消除運(yùn)放對(duì)測(cè)量值的影響。
[0076]七、信號(hào)分壓模塊
[0077]信號(hào)分壓模塊10配置為將電壓輸出型傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被信號(hào)采集單兀接受的電壓信號(hào)，如將O?5V的傳感器電壓輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為O?5V的電壓輸出信號(hào)信號(hào)。
[0078]如圖8所示，信號(hào)分壓模塊10包括分壓電阻25和26、單刀雙擲開關(guān)27、選擇開關(guān)28和運(yùn)算放大器29。其中運(yùn)算放大器29采用AD820，以增加分壓電路的輸入電阻，減小傳感器信號(hào)源的輸出電阻，利用兩個(gè)高精度的電阻10ΚΩ (±0.l%,15ppm/C)進(jìn)行了分壓處理，將O?10的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為O?5V的電壓信號(hào)。
[0079]與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊9類似地，信號(hào)分壓模塊10采用一個(gè)單刀雙擲的開關(guān)27來配置信號(hào)轉(zhuǎn)換與否，需要分壓時(shí)接通1-3，不需要分壓時(shí)接通1-2 ;并采用選擇開關(guān)28來消除運(yùn)算放大器29的失調(diào)電壓導(dǎo)致的信號(hào)誤差，需要分壓功能則關(guān)閉選擇開關(guān)28，不需要分壓功能則斷開選擇開關(guān)28。
[0080]八、信號(hào)采集單元
[0081]信號(hào)采集單元300配置為接收通用轉(zhuǎn)換單元200傳遞的信號(hào)信息，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳遞至控制器13中，控制器13內(nèi)具有存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)該信號(hào)信息。控制器13具有通訊單元，通過VME總線的形式與外部設(shè)備通信，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過VME總線上傳給外部設(shè)備，并將外部設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到控制器內(nèi)部RAM中，控制器根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)對(duì)本實(shí)施例的測(cè)量裝置進(jìn)行參數(shù)配置。
[0082]信號(hào)采集單元300包括采集信號(hào)選通開關(guān)11，本實(shí)施例的高精度通用測(cè)量裝置采用ADG409芯片，通過4個(gè)4選I的ADG409芯片來完成通道的選通?？刂破?3控制CCSEN、CCSAO和CCSAl三個(gè)引腳的輸入，其中，CCSEN使能4個(gè)模擬開關(guān)，CCSAO和CCSAl來選通某一個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間只有一路通道選通。
[0083]信號(hào)采集單元300還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，本實(shí)施例的高精度通用測(cè)量裝置采用24位的ADS1255轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以通過編程來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換速率和信號(hào)放大倍數(shù)。由于轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，轉(zhuǎn)換速率增加，采樣速率會(huì)相應(yīng)降低，所以在使用中可以根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速率的需求，控制器13根據(jù)需求對(duì)二者的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定。
[0084]圖9所示為本實(shí)施例高精度通用測(cè)量裝置的信號(hào)采集工作流程圖，系統(tǒng)初始化后，控制器13將對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器12進(jìn)行參數(shù)配置并啟動(dòng)該模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，然后控制器13控制進(jìn)行多個(gè)通道的選通參數(shù)設(shè)置，如對(duì)恒流源電路7和采集信號(hào)選通開關(guān)11的選通參數(shù)設(shè)置，在選通某一個(gè)測(cè)量通道后，該通道上對(duì)應(yīng)的傳感器將完成檢測(cè)過程并將檢測(cè)信號(hào)輸出至通用轉(zhuǎn)換單元200通用轉(zhuǎn)換單元200將完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并傳遞至控制器進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0085]存儲(chǔ)過程完成后，控制器13控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器12復(fù)位，控制器13將再次循環(huán)進(jìn)行多個(gè)通道的選通參數(shù)設(shè)置，以完成多個(gè)檢測(cè)通道的選通和多種參數(shù)的測(cè)量采集過程。
[0086]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度通用測(cè)量裝置，包括: 傳感器單元，其檢測(cè)非電量環(huán)境參數(shù)并將檢測(cè)到的非電量環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)； 通用轉(zhuǎn)換單元，其接收和處理傳感器單元輸出的電量信號(hào)，并將處理后的信號(hào)傳遞至一信號(hào)米集單兀； 該通用轉(zhuǎn)換單元包括一傳感器激勵(lì)模塊，可通過配置為傳感器單元配置不同的激勵(lì)源，該通用轉(zhuǎn)換單元還包括一信號(hào)處理模塊，可通過配置實(shí)現(xiàn)電流輸出型和電壓輸出型傳感器的信號(hào)接收； 信號(hào)采集單元，其對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行采集信號(hào)； 其特征是，所述通用測(cè)量裝置還包括一恒流源電路，其產(chǎn)生所述傳感器單元激勵(lì)需求的恒流源，該恒流源電路包括減法電路和四路恒流源可配置電路，該四路恒流源可配置電路包括模擬開關(guān)、參考電阻以及與該參考電阻串聯(lián)的補(bǔ)償電阻，一供電電源和參考電源通過所述減法電路相減后的結(jié)果作為所述參考電阻和可調(diào)電阻上的電壓降，該四路恒流源可配置電路通過參數(shù)配置選通輸出一路所述傳感器單元激勵(lì)需求的恒流源，該補(bǔ)償電阻為可調(diào)電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述恒流源電路中，所述供電電源和參考電源經(jīng)過減法電路相減后的結(jié)果作為運(yùn)算放大器的正輸入端，一電阻連接在所述運(yùn)算放大器的輸出端和一三極管的基極之間，所述運(yùn)算放大器的負(fù)反饋端子接到所述三極管的發(fā)射極。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述參考電源為一運(yùn)算放大器產(chǎn)生的5V電源。
4.如權(quán)利要求3所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述四個(gè)可調(diào)電阻的精度均為 0.1 %。
5.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述四個(gè)參考電阻均選用0.01%精度的高精密電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，傳感器單元包括多通道的四線制接口，該四線制接口包括動(dòng)力線正端和動(dòng)力線負(fù)端，以及信號(hào)線正端和信號(hào)線負(fù)端，并且各個(gè)通道的接口相互獨(dú)立。
7.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述傳感器激勵(lì)模塊包括電壓源轉(zhuǎn)換模塊和激勵(lì)選通模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述激勵(lì)選通模塊包括由撥碼開關(guān)控制的多路模擬開關(guān)，該多路模擬開關(guān)通過邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)激勵(lì)的選通。
9.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述通用轉(zhuǎn)換單元包括信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其配置為將傳感器單元輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被所述信號(hào)采集單元接收的電壓信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的高精度通用測(cè)量裝置，其特征是，所述通用轉(zhuǎn)換單元包括信號(hào)分壓模塊，其配置為將傳感器單元輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被所述信號(hào)采集單元接收的電壓信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103791944SQ201210435174
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】王玲 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司