專(zhuān)利名稱(chēng)：反饋式信號(hào)放大處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反饋式信號(hào)放大處理方法，具體涉及一種在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下的信號(hào)放大處理方法。
目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有這種信號(hào)放大處理方法。在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下的信號(hào)放大處理方法，是傳感器的變送信號(hào)容易被工頻干擾，為消除工頻干擾，采用周期為工頻周期偶數(shù)倍的正負(fù)矩形波對(duì)傳感器的信號(hào)變送進(jìn)行調(diào)制。這樣，在對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行放大處理時(shí)，對(duì)應(yīng)正負(fù)矩形波的調(diào)制過(guò)程，具有如下的消除工頻干擾與數(shù)字化測(cè)量操作用正矩形波調(diào)制下信號(hào)平均值的采樣值減去負(fù)矩形波調(diào)制下信號(hào)平均值的采樣值，運(yùn)算結(jié)果可得到一個(gè)已消除了工頻干擾因素的信號(hào)測(cè)量值。但很多傳感器變送出的真實(shí)信號(hào)不但很微弱而且內(nèi)阻很高，在真實(shí)信號(hào)以及處理過(guò)程中往往會(huì)疊加上嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移干擾。如在離子電流標(biāo)定方法(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?6116398．4)和流體霍爾電勢(shì)測(cè)量方法(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?6116387．6)等的微弱信號(hào)檢測(cè)中，零點(diǎn)漂移干擾值要達(dá)到真實(shí)信號(hào)值的數(shù)量級(jí)倍。因此，在疊加了零點(diǎn)漂移干擾的實(shí)際信號(hào)中，將無(wú)法對(duì)其中的真實(shí)信號(hào)進(jìn)行直接放大。顯然，在真實(shí)信號(hào)得不到充分放大時(shí)，將無(wú)法有效地對(duì)信號(hào)進(jìn)行消除工頻干擾與數(shù)字化測(cè)量操作。通常對(duì)信號(hào)中有零點(diǎn)漂移干擾的放大處理方法是采用隔離直流方法。典型的是用傳統(tǒng)的電容等隔離直流的方式，即通過(guò)交流耦合來(lái)提供對(duì)信號(hào)的放大處理。由于隔離直流的方式容易使真實(shí)信號(hào)產(chǎn)生失真，且有些具有緩慢變化的零點(diǎn)漂移干擾是很難用隔離直流方法來(lái)完全消除的。因此，采用隔離直流方法對(duì)真實(shí)信號(hào)實(shí)現(xiàn)保證線性的放大會(huì)帶來(lái)困難。
本發(fā)明的目的是要提供一種在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下的改進(jìn)的信號(hào)放大處理方法，它不但能動(dòng)態(tài)地消除零點(diǎn)漂移干擾，而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱的真實(shí)信號(hào)進(jìn)行高增益地線性放大，從而可有效地對(duì)信號(hào)進(jìn)行消除工頻干擾與數(shù)字化測(cè)量操作。
本發(fā)明的目的是按以下方式實(shí)現(xiàn)的在每個(gè)低頻正負(fù)矩形波調(diào)制周期中，它對(duì)輸入信號(hào)采取了三個(gè)放大處理過(guò)程。一是在正或者負(fù)調(diào)制開(kāi)始段，對(duì)輸入信號(hào)按給定值進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋下的高增益放大，動(dòng)態(tài)反饋使高增益放大后的輸出被動(dòng)態(tài)地控制在給定值；二是在正或者負(fù)調(diào)制下，要對(duì)經(jīng)放大處理后的信號(hào)進(jìn)行采樣的前一個(gè)時(shí)刻，將動(dòng)態(tài)反饋值保持住，使以后的輸入信號(hào)先平移一個(gè)固定保持值，再通過(guò)高增益放大后輸出；三是在完成了上兩個(gè)的放大處理過(guò)程后，將經(jīng)放大處理后的信號(hào)按正與負(fù)調(diào)制兩種情況，分別進(jìn)行采樣并作相減處理。這三個(gè)放大處理過(guò)程使信號(hào)動(dòng)態(tài)地消除了零點(diǎn)漂移干擾和得到了高增益地線性放大。其中，第三放大處理過(guò)程同時(shí)完成了在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下對(duì)信號(hào)的消除工頻干擾與數(shù)字化測(cè)量操作。由于是充分利用低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下信號(hào)處理的特點(diǎn)，在信號(hào)調(diào)制周期中以反饋控制方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，動(dòng)態(tài)地消除了零點(diǎn)漂移干擾，所以容易實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的高增益線性放大和保持信號(hào)放大處理過(guò)程的穩(wěn)定性，容易達(dá)到對(duì)微弱信號(hào)的高精度數(shù)字化測(cè)量。同時(shí)，整個(gè)反饋式信號(hào)放大處理方法保持了低頻正負(fù)矩形波調(diào)制方式本身的信號(hào)響應(yīng)速度。因此，本發(fā)明特別適合對(duì)一些微弱且有脈動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行放大處理。
本發(fā)明的具體實(shí)施方法由以下的實(shí)施例及其附圖給出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的反饋式信號(hào)放大處理方法的工作原理圖。圖2是圖1中控制信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。
下面根據(jù)圖1和圖2詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明提出的工作原理細(xì)節(jié)與信號(hào)放大處理過(guò)程的情況。
圖1中，(1)代表具有變送系數(shù)C的傳感器，它在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制k0下，對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)制周期下的k0正與負(fù)情況，如果無(wú)任何干擾，可以認(rèn)為傳感器將被檢測(cè)量x0分別變送為(+C)×x0和(-C)×x0兩種狀態(tài)。圖1中的信號(hào)x1可以看作是傳感器在各種干擾因素下的實(shí)際輸出信號(hào)。(2)代表阻抗轉(zhuǎn)換器，它將可能是高阻抗的信號(hào)x1轉(zhuǎn)換為低阻抗的信號(hào)x2。(3)代表差分輸入的有增益K的放大器，它將信號(hào)x2與f1的差值進(jìn)行增益K的放大，輸出信號(hào)x3。(4)代表定值控制器，它以s0作為給定值，以x3作為被控制量，以f2作為控制輸出值。(5)代表采樣保持器，按圖2的時(shí)序它有兩種二作方式一是當(dāng)在一個(gè)k0周期的正或者負(fù)開(kāi)始段，在控制信號(hào)k1為高電平時(shí)使采樣保持器(5)的輸出f1動(dòng)態(tài)地等于輸入f2，這樣使(3)、(4)和(5)三部分組成了一個(gè)給定值為s0、被控量為x3、動(dòng)態(tài)反饋量為f2的K增益動(dòng)態(tài)反饋定值控制器，將信號(hào)x3動(dòng)態(tài)地控制在給定值s0；二是在k0正或者負(fù)下，要對(duì)經(jīng)放大處理后的信號(hào)進(jìn)行采樣前的T時(shí)刻，控制信號(hào)k1從高電平變?yōu)榈碗娖?，使采樣保持?5)將當(dāng)前f2(T)保持住，即采樣保持器(5)的輸出f1恒等于f2(T)，此時(shí)(3)和(5)兩部分將信號(hào)x2先平移了一個(gè)固定的保持值f2(T)，再進(jìn)行增益K的放大，得到x3=K×[x2-f2(T)]的信號(hào)放大處理結(jié)果。(6)代表轉(zhuǎn)換率為P的電壓／頻率形式的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它將模擬信號(hào)x3轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的頻率信號(hào)x4=P×x3。圖2是一個(gè)k0周期中的時(shí)序。圖1的其余部分是在上述信號(hào)放大處理后開(kāi)始進(jìn)行操作。圖1中的(7)、(8)和(9)分別代表采樣開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器和數(shù)字信號(hào)運(yùn)算器，按k0的正(負(fù))和負(fù)(正)兩個(gè)過(guò)程，采樣開(kāi)關(guān)(7)和計(jì)數(shù)器(8)在控制信號(hào)k2為高電平時(shí)以計(jì)數(shù)方式分別對(duì)信號(hào)x4進(jìn)行兩次采樣操作，并將兩個(gè)計(jì)數(shù)值分別以x6的數(shù)字信號(hào)形式輸出，數(shù)字信號(hào)運(yùn)算器(9)將k0正過(guò)程下的計(jì)數(shù)值減去k0負(fù)過(guò)程下的計(jì)數(shù)值，運(yùn)算結(jié)果將相同的信號(hào)平移量、工頻干擾消除了，得到了檢測(cè)量x0被線性放大后的數(shù)字化測(cè)量結(jié)果x7。有x7=2×K×C×x0×P。圖1的(10)代表數(shù)字信號(hào)顯示器，它顯示數(shù)字化測(cè)量結(jié)果x8。(11)代表控制信號(hào)發(fā)生器，它輸出三個(gè)信號(hào)一是周期為工頻周期偶數(shù)倍的正負(fù)矩形波調(diào)制k0，它對(duì)傳感器(1)的信號(hào)變送過(guò)程進(jìn)行調(diào)制；二是控制信號(hào)k1，它操作采樣保持器(5)；三是控制信號(hào)k2，它操作采樣開(kāi)關(guān)(7)；圖2表示了三個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。
權(quán)利要求
1．一個(gè)由放大器(3)、定值控制器(4)和采樣保持器(5)組成圖1形式的反饋式信號(hào)放大處理方法，對(duì)輸入信號(hào)x2按圖2的時(shí)序，在k0的一個(gè)周期中進(jìn)行三個(gè)信號(hào)放大處理操作以及方法，其特征在于a．在k0正或者負(fù)開(kāi)始段，k1高電平的操作使采樣保持器(5)的輸出直接傳輸對(duì)應(yīng)的輸入f2；對(duì)應(yīng)的處理方法是動(dòng)態(tài)地使f1=f2和x3=K×(x2-f2)=s0；b．在要對(duì)k0正(或負(fù))調(diào)制下的信號(hào)x3采樣之前的T時(shí)間，k1變成低電平的操作使采樣保持器(5)的輸出f1=f2(T)，并使后續(xù)的f1值恒等于f2(T)；對(duì)應(yīng)的處理方法是使x3=K×[x2-f2(T)]；c．在上兩個(gè)放大處理操作后，采用的放大處理操作以及方法是將在k0正(或負(fù))下對(duì)x3的采樣值減去在k0負(fù)(或正)下對(duì)x3的采樣值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在低頻正負(fù)矩形波調(diào)制下的反饋式信號(hào)放大處理方法,適合于對(duì)微弱且脈動(dòng)信號(hào)的放大處理和數(shù)字化測(cè)量。它對(duì)輸入信號(hào)采取了三個(gè)放大處理過(guò)程:一是進(jìn)行高增益地動(dòng)態(tài)反饋定值控制、二是用反饋保持值平移輸入信號(hào)并進(jìn)行高增益放大、三是對(duì)放大處理后的信號(hào)再在正與負(fù)調(diào)制下分別進(jìn)行采樣以及相減。第一、第二個(gè)放大處理過(guò)程使信號(hào)動(dòng)態(tài)地消除了零點(diǎn)漂移干擾和得到高增益地線性放大,第三個(gè)放大處理過(guò)程可對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)消除工頻干擾和數(shù)字化測(cè)量。
文檔編號(hào)H03F1/32GK1280416SQ99113868
公開(kāi)日2001年1月17日 申請(qǐng)日期1999年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月12日
發(fā)明者李斌, 沈天飛 申請(qǐng)人:上海大學(xué)