一种运用传感器的弱信号放大器的制作方法

1.本实用新型涉及信号处理器件技术领域，尤其是一种运用传感器的弱信号放大器。


背景技术：

2.众所周知，传感器是主要由敏感元器件组成的一种器件，是能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。而随着微电子技术、传感器技术和集成电路技术的不断发展，各类型号传感器的检测精度显著提高，而信号处理电路便成为限制传感器测量精度的瓶颈。
3.目前，现有的信号处理电路主要便是由放大器和周边电路组成，但是现有的信号处理电路在针对弱信号处理上，还是存在精度差、零点调节困难等缺陷，不能满足高精度传感器测量系统的要求。具体表现为，在传感器输出信号进入放大器时，易造成信号损失，使信号在未进行放大和滤波处理时，便出现问题，以及在随着电压和温度等环境的变化,易对放大器造成零点漂移，这样当输入信号为零时，电路输出信号不为零，便形成“假信号”，从而又将影响信号的精准。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种运用传感器的弱信号放大器。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种运用传感器的弱信号放大器，包括仪表放大器、滤波放大电路和v/a转换电路，所述仪表放大器通过电压跟随电路衔接传感器所输入的信号，所述仪表放大器还连接有调零电路，所述仪表放大器的信号输出端与滤波放大电路连接，所述滤波放大电路与v/a转换电路相连；
7.所述电压跟随电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放的同相端通过第一电阻接入传感器的负极信号，所述第一运放的同相端还通过第二电容接地并通过第一电容与第二运放的同相端连接，所述第一运放的反相端通过第二电阻与自身的输出端连接，所述第一运放和第二运放的输出端分别与仪表放大器的信号输入端连接，所述第二运放的同相端通过第三电阻接入传感器的正极信号，且所述第二运放的同相端还通过第三电容接地，所述第二运放的反相端通过第四电阻与自身的输出端连接。
8.优选地，所述调零电路包括第三运放、第四运放和滑动变阻器，所述第三运放的输出端与仪表放大器相连，所述第三运放的同相端与滑动变阻器的滑动端连接，所述滑动变阻器的一固定端通过依次串联的第五电阻和第六电阻接入5v电源，所述滑动变阻器的另一固定端通过第十电阻与第四运放的输出端连接，所述第四运放的反相端通过第七电阻接入5v电源并通过第七电阻连接自身的输出端，所述第四运放的同相端通过第八电阻接地。
9.优选地，所述滤波放大电路包括第五运放，所述第五运放的同相端通过依次串联的第四电容和第十一电阻与仪表放大器的信号输出端连接并通过第十二电阻接地，所述第四电容和第十一电阻之间通过第五电容接地，所述第五运放的输出端与v/a转换电路连接并通过第十三电阻连接于第十一电阻和第四电容之间。
10.优选地，所述v/a转换电路包括第六运放和三极管，所述第六运放的同相端通过第十四电阻与滤波放大电路连接，所述第六运放的输出端与三极管的基极连接，所述第六运放的反相端通过第十八电阻接地并通过第十七电阻与三极管的发射极连接，所述三极管的发射极通过第十六电阻输出信号，所述第六运放的同相端通过第十五电阻与第十六电阻连接。
11.由于采用了上述方案，本实用新型主要在仪表放大器与传感器衔接处设置电压跟随电路，使其依靠电压跟随电路用于提高系统的输入阻抗，确保传感器输出的信号全都作用到后级的仪表放大器上，同时，调零电路用于调整仪表放大器输出的零点，确保当传感器未动作时，输出电压为零，而滤波放大电路则进一步滤除信号中夹杂的干扰信号，来提高系统放大的精度，因此便可以实现对于传感器弱信号的高精度处理。
附图说明
12.图1是本实用新型实施例的结构原理示意图。
13.图2是本实用新型实施例的电压跟随电路的电路结构示意图。
14.图3是本实用新型实施例的调零电路的电路结构示意图。
15.图4是本实用新型实施例的仪表放大器的外围电路结构示意图。
16.图5是本实用新型实施例的滤波放大电路的电路结构示意图。
17.图6是本实用新型实施例的v/a转换电路的电路结构示意图。
实施方式
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.如图1至图6所示，本实施例提供的一种运用传感器的弱信号放大器，包括仪表放大器（可采用ad620放大器）、滤波放大电路和v/a转换电路，所述仪表放大器通过电压跟随电路衔接传感器所输入的信号，所述仪表放大器还连接有调零电路，所述仪表放大器的信号输出端与滤波放大电路连接，所述滤波放大电路与v/a转换电路相连。
22.本实施例主要便依靠电压跟随电路用于提高系统的输入阻抗，确保传感器输出的信号全都作用到后级的仪表放大器上，同时，调零电路用于调整仪表放大器输出的零点，确保当传感器未动作时，输出电压为零，而滤波放大电路则进一步滤除信号中夹杂的干扰信号，来提高系统放大的精度，v/a转换电路将传感器输出信号转换为4-20ma电流信号供其他仪表使用。
23.本实施例的电压跟随电路的电路结构可采用如图2所示的电路结构，即包括第一运放a1和第二运放a2，所述第一运放a1的同相端通过第一电阻r1接入传感器的负极信号，所述第一运放a1的同相端还通过第二电容c2接地并通过第一电容c1与第二运放a2的同相端连接，所述第一运放a1的反相端通过第二电阻r2与自身的输出端连接，所述第一运放a1和第二运放a2的输出端分别与仪表放大器的信号输入端连接，所述第二运放a2的同相端通过第三电阻r3接入传感器的正极信号，且所述第二运放a2的同相端还通过第三电容c3接地，所述第二运放a2的反相端通过第四电阻r4与自身的输出端连接。本电路主要是在传感器输出的2个信号线中进行电压跟随，其主要是依靠第一运放a1和第二运放a2（型号为opa2277）自身所具有的极低的失调电压和温漂，非常适合用于微弱信号放大电路中。而第一电阻r1、第二电容c2和第三电阻r3、第三电容c3共同组成一个一阶rc滤波放大电路，用于滤除传感器输出信号中的干扰信号，最终信号通过第一运放a1和第二运放a2的放大后输入至仪表放大器中。
24.进一步，当传感器未动作时传感器输出的信号中夹杂噪声信号，经过仪表放大器后输出的电压值不为零，因此在电路中引入调零电路来调整放大器输出的零点，使得当传感器未动作时，放大器输出电压为 0，而针对调零电路的具体结构如图3所示，即包括第三运放a3、第四运放a4和滑动变阻器rb，所述第三运放a3的输出端与仪表放大器相连，所述第三运放a3的同相端与滑动变阻器rb的滑动端连接，所述滑动变阻器rb的一固定端通过依次串联的第五电阻r5和第六电阻r6接入5v电源，所述滑动变阻器rb的另一固定端通过第十电阻r10与第四运放a4的输出端连接，所述第四运放a4的反相端通过第七电阻r7接入5v电源并通过第七电阻r7连接自身的输出端，所述第四运放a4的同相端通过第八电阻r8接地。本系统采用的运放为双通道的精密运放，利用第三运放a3的第1个通道作为反向比例放大电路，如第四运放a4的设计，其目的是将正向端输入的+5 v变为反向端输出的-5v，因此滑动变阻器rb两端的的电压变化范围在-5～+5 v之间，再将第三运放a3的第2个通道作为电压跟随器将电压反馈到仪表放大器的ref端，以此来调节零点。
25.由公式out 1 =g(ad
+-ad-)+adj (式中:out1为仪表放大器输出电压;g为 仪表放大器的放大倍数;ad
+ 、ad
－
分别为传感器输出的2根信号线; adj 为零点偏移的调节电压）。
26.可知，首先通过调节滑动变阻器rt（图4中仪表放大器外围电路中的滑动变阻器）
来调节系统的放大倍数，然后再调节滑动变阻器rb来调整调零电路的输出电压adj，最终使得在传感器未动作时放大器的输出电压为0。
27.进一步，本实施例的滤波放大电路是较为重要的组成部分，为了有效滤除仪表放大器输出信号中的干扰信号，需要利用有源二阶低通滤波放大电路滤除信号中的干扰信号。系统设置低通滤波放大电路的截止频率为10 khz，放大增益设为1。故本实施例的滤波放大电路具体结构如图5所示。即包括第五运放a5，所述第五运放a5的同相端通过依次串联的第四电容c4和第十一电阻r11与仪表放大器的信号输出端连接并通过第十二电阻r12接地，所述第四电容c4和第十一电阻r11之间通过第五电容c5接地，所述第五运放a5的输出端与v/a转换电路连接并通过第十三电阻r13连接于第十一电阻r11和第四电容c4之间。
28.进一步，在经滤波放大电路后，需进行将0-3.3v电压转换为4-20ma电流信号供其他仪表使用，故本实施例所述v/a转换电路的结构如图6所示，即包括第六运放a6和三极管q1，所述第六运放a6的同相端通过第十四电阻r14与滤波放大电路连接，所述第六运放q6的输出端与三极管q1的基极连接，所述第六运放a6的反相端通过第十八电阻r18接地并通过第十七电阻r17与三极管q1的发射极连接，所述三极管q1的发射极通过第十六电阻r16输出信号，所述第六运放a6的同相端通过第十五电阻r15与第十六电阻r16连接。
29.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种运用传感器的弱信号放大器，包括仪表放大器、滤波放大电路和v/a转换电路，其特征在于：所述仪表放大器通过电压跟随电路衔接传感器所输入的信号，所述仪表放大器还连接有调零电路，所述仪表放大器的信号输出端与滤波放大电路连接，所述滤波放大电路与v/a转换电路相连；所述电压跟随电路包括第一运放和第二运放，所述第一运放的同相端通过第一电阻接入传感器的负极信号，所述第一运放的同相端还通过第二电容接地并通过第一电容与第二运放的同相端连接，所述第一运放的反相端通过第二电阻与自身的输出端连接，所述第一运放和第二运放的输出端分别与仪表放大器的信号输入端连接，所述第二运放的同相端通过第三电阻接入传感器的正极信号，且所述第二运放的同相端还通过第三电容接地，所述第二运放的反相端通过第四电阻与自身的输出端连接。2.如权利要求1所述的一种运用传感器的弱信号放大器，其特征在于：所述调零电路包括第三运放、第四运放和滑动变阻器，所述第三运放的输出端与仪表放大器相连，所述第三运放的同相端与滑动变阻器的滑动端连接，所述滑动变阻器的一固定端通过依次串联的第五电阻和第六电阻接入5v电源，所述滑动变阻器的另一固定端通过第十电阻与第四运放的输出端连接，所述第四运放的反相端通过第七电阻接入5v电源并通过第七电阻连接自身的输出端，所述第四运放的同相端通过第八电阻接地。3.如权利要求2所述的一种运用传感器的弱信号放大器，其特征在于：所述滤波放大电路包括第五运放，所述第五运放的同相端通过依次串联的第四电容和第十一电阻与仪表放大器的信号输出端连接并通过第十二电阻接地，所述第四电容和第十一电阻之间通过第五电容接地，所述第五运放的输出端与v/a转换电路连接并通过第十三电阻连接于第十一电阻和第四电容之间。4.如权利要求3所述的一种运用传感器的弱信号放大器，其特征在于：所述v/a转换电路包括第六运放和三极管，所述第六运放的同相端通过第十四电阻与滤波放大电路连接，所述第六运放的输出端与三极管的基极连接，所述第六运放的反相端通过第十八电阻接地并通过第十七电阻与三极管的发射极连接，所述三极管的发射极通过第十六电阻输出信号，所述第六运放的同相端通过第十五电阻与第十六电阻连接。

技术总结
本实用新型公开一种运用传感器的弱信号放大器。包括仪表放大器、滤波放大电路和V/A转换电路，仪表放大器通过电压跟随电路衔接传感器所输入的信号，仪表放大器还连接有调零电路，仪表放大器的信号输出端与滤波放大电路连接，滤波放大电路与V/A转换电路相连。本实用新型主要在仪表放大器与传感器衔接处设置电压跟随电路，使其依靠电压跟随电路用于提高系统的输入阻抗，确保传感器输出的信号全都作用到后级的仪表放大器上，同时，调零电路用于调整仪表放大器输出的零点，确保当传感器未动作时，输出电压为零，而滤波放大电路则进一步滤除信号中夹杂的干扰信号，来提高系统放大的精度，因此便可以实现对于传感器弱信号的高精度处理。处理。处理。


技术研发人员：姚学
受保护的技术使用者：深圳市微精艺科技有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/9/20