CN111900934A

CN111900934A - 一种天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统

Info

Publication number: CN111900934A
Application number: CN202010945890.9A
Authority: CN
Inventors: 王永福; 陈辅政
Original assignee: Chengdu Miaoxi Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Miaoxi Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2020-11-06

Abstract

本发明公开了一种天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统。放大单元包括依次连接的信号选择电路、RFI滤波电路、程控增益放大电路、差分驱动电路和差分信号连接器。本发明实施例的天平信号前置放大单元可以通过信号选择电路输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路的滤波处理后,送入差分驱动电路，进行差分转换并通过差分信号连接器输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大，使其形成为极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

Description

一种天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统

技术领域

本发明涉及天平信号检测相关技术领域，具体地说是涉及一种天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统。

背景技术

微小信号的差动放大技术是一项难度大、要求高的信号放大技术，不仅涉及信号的放大，而且涉及到信号放大的稳定性(包括时漂、温漂等)及精密度要求。在测量的有效信号很小20mVmax，常常包含有几V的共模电压。

因此，为满足测试现场对极小信号的高保真、高稳定度的放大，需要设计一种高稳定、高增益、高精度微弱信号放大装置。

发明内容

为满足测试现场对极小信号的高保真、高稳定度的放大，本发明的一个方面提供了一种天平信号前置放大单元，其是一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置。

所述天平信号前置放大单元可以包括信号选择电路、RFI滤波电路、程控增益放大电路、差分驱动电路和差分信号连接器；其中，所述信号选择电路的输入端连接信号源，所述信号选择电路的输出端与所述RFI滤波电路的输入端相连接；所述RFI滤波电路的输出端与所述程控增益放大电路的输入端相连接；所述程控增益放大电路的输出端与所述差分驱动电路的输入端相连接；所述差分驱动电路的输出端与所述差分信号连接器相连接。

根据本发明的一个优选实施方式，所述天平信号前置放大单元还包括一低通滤波电路；所述低通滤波电路的输入端与所述程控增益放大电路的输出端相连接；所述低通滤波电路的输出端与所述差分驱动电路的输入端相连接。

本发明的另一个方面提供了一种天平信号前置放大器。

所述天平信号前置放大器包括多个如上任意一项所述的天平信号前置放大单元。

根据本发明的一个优选实施方式，所述天平信号前置放大器还包括电源模块，用于为所述天平信号前置放大器供电。

根据本发明的一个优选实施方式，所述电源模块包括直流稳压电源、滤波电路和直流电压转换电路；所述滤波电路输入端与所述直流稳压电源相连接，所述滤波电路输出端与所述直流电压转换电路的输入端相连接；所述直流电压转换电路的输出端连接至天平信号前置放大器，为其提供直流电源。

本发明的再一个方面提供了一种天平信号检测系统。所述天平信号检测系统包括如上任意一项所述的天平信号前置放大器。

根据本发明的一个优选实施方式，所述天平信号检测系统还包括测试仪和上位机；所述天平信号前置放大器的输入端连接信号源；所述天平信号前置放大器的输出端与所述测试仪相连接；所述测试仪还与所述上位机通信连接。

根据本发明的一个优选实施方式，所述天平信号前置放大器中的所述信号选择电路的输入端与信号源相连接；所述天平信号前置放大器中的差分信号连接器与所述测试仪相连接。

根据本发明的一个优选实施方式，所述测试仪通过RS232通信线缆与所述上位机通信连接。

与现有技术相比，本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统具有如下有益效果：

本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统通过信号选择电路输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路的滤波处理后,送入差分驱动电路，进行差分转换并通过差分信号连接器输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大。从而使得本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统可以形成为一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

本发明的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本发明的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本发明披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。

附图说明

在此所述的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，

图1是根据本发明的一些实施例所示的天平信号前置放大单元的结构示意图；

图2是根据本发明的一些实施例所示的天平信号检测系统的结构示意图。

附图标记列表

100-信号选择电路

200-RFI滤波电路

300-程控增益放大电路

400-差分驱动电路

500-差分信号连接器

600-低通滤波电路

700-电源模块

710-直流稳压电源

720-滤波电路

730-直流电压转换电路

10-天平信号前置放大器

20-测试仪

30-上位机

40-信号源

50-天平信号前置放大单元

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如果本发明的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例的一个方面公开了一种天平信号前置放大单元。

如图1所示，该天平信号前置放大单元可以包括信号选择电路100、RFI滤波电路200、程控增益放大电路300、差分驱动电路400和差分信号连接器500。

其中，信号选择电路100的输入端连接信号源，信号选择电路100的输出端与RFI滤波电路200的输入端相连接。RFI滤波电路200的输出端与程控增益放大电路300的输入端相连接。程控增益放大电路300的输出端与差分驱动电路400的输入端相连接。差分驱动电路400的输出端与差分信号连接器500相连接。

在本实施例中，信号选择电路100、RFI滤波电路200、程控增益放大电路300、差分驱动电路400和差分信号连接器500均可以采用现有的电路。例如，信号选择电路100可以选择CD4052作为信号输入选择器。RFI滤波电路200采用RFI滤波器。程控增益放大电路300可以采用程控增益放大器。差分驱动电路400可以采用全差分驱动放大器。

进一步的，在本实施例中，该天平信号前置放大单元还可以包括一低通滤波电路600。其中，低通滤波电路600的输入端与程控增益放大电路300的输出端相连接。低通滤波电路600的输出端与差分驱动电路400的输入端相连接。

本实施例的天平信号前置放大单元通过信号选择电路100输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路200进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路300，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路600的滤波处理后,送入差分驱动电路400，进行差分转换并通过差分信号连接器500输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大。从而使得该天平信号前置放大单元形成为一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

本发明实施例的另一个方面公开了一种天平信号前置放大器。

该天平信号前置放大器可以包括多个如上所述的天平信号前置放大单元。示例性的，多个所述天平信号前置放大单元可以组成一个多通道的天平信号前置放大器。例如，8个所述天平信号前置放大单元可以组成一个8通道天平信号前置放大器。

本实施例的天平信号前置放大器通过采用多个上述天平信号前置放大单元，从而可以形成为多通道的天平信号前置放大器。同时，本实施例的天平信号前置放大器可以通过信号选择电路100输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路200进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路300，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路600的滤波处理后,送入差分驱动电路400，进行差分转换并通过差分信号连接器500输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大。从而使得该天平信号前置放大单元形成为一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

进一步的，在一些实施例中，该天平信号前置放大器还包括电源模块700，用于为天平信号前置放大器供电。

示例性的，该电源模块可以包括直流稳压电源710、滤波电路720和直流电压转换电路730。其中，滤波电路720输入端与直流稳压电源710相连接，滤波电路720输出端与直流电压转换电路730的输入端相连接。直流电压转换电路730的输出端连接至天平信号前置放大器，为其提供直流电源。示例性的，直流电压转换电路730的输出端可以与每个天平信号前置放大器相连，从而为8通道天平信号前置放大装置中的每个通道的天平信号前置放大器供电，如图1所示。通过该电源模块可以使得外部提供的电源，经过滤波、DC-DC转换后，为每个天平信号前置放大器提供高稳定的直流电源。

本发明实施例的另一个方面公开了一种天平信号检测系统。

如图2所示，该天平信号检测系统可以包括上述天平信号前置放大器10。通过采用上述天平信号前置放大器10，使得该天平信号检测系统可以通过信号选择电路100输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路200进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路300，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路600的滤波处理后,送入差分驱动电路400，进行差分转换并通过差分信号连接器500输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大。从而使得本发明实施例的天平信号检测系统可以形成为一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

进一步的，如图2所示，该天平信号检测系统还可以包括测试仪20和上位机30。其中，天平信号前置放大器10的输入端连接信号源40。天平信号前置放大器10的输出端与测试仪20相连接。测试仪20还与上位机30通信连接。示例性的，该天平信号前置放大器10中的信号选择电路100的输入端与信号源40相连接。天平信号前置放大器10中的差分信号连接器500与测试仪20相连接。测试仪20可以通过RS232通信线缆与上位机30通信连接。

本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统可以带来的有益效果包括但不限于以下内容：

本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统通过信号选择电路100输入0～±20mV的小信号，再通过RFI滤波电路200进行RFI滤波处理后，进入程控增益放大电路300，进行信号放大；放大后的信号，经过低通滤波电路600的滤波处理后,送入差分驱动电路400，进行差分转换并通过差分信号连接器500输出，从而实现对极小信号、微小信号的高保真、高稳定度的放大。从而使得本发明实施例的天平信号前置放大单元、放大器及天平信号检测系统可以形成为一种极低的功率消耗、有较强的抗电磁干扰能力且高稳定、高增益、高精度的微弱信号放大装置，可以应用于风洞天平信号、应力测试、微振动测试等。

需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种天平信号前置放大单元，其特征在于，所述天平信号前置放大单元包括信号选择电路(100)、RFI滤波电路(200)、程控增益放大电路(300)、差分驱动电路(400)和差分信号连接器(500)；

其中，所述信号选择电路(100)的输入端连接信号源，所述信号选择电路(100)的输出端与所述RFI滤波电路(200)的输入端相连接；所述RFI滤波电路(200)的输出端与所述程控增益放大电路(300)的输入端相连接；所述程控增益放大电路(300)的输出端与所述差分驱动电路(400)的输入端相连接；所述差分驱动电路(400)的输出端与所述差分信号连接器(500)相连接。

2.根据权利要求1所述的天平信号前置放大单元，其特征在于，所述天平信号前置放大单元还包括一低通滤波电路(600)；

所述低通滤波电路(600)的输入端与所述程控增益放大电路(300)的输出端相连接；所述低通滤波电路(600)的输出端与所述差分驱动电路(400)的输入端相连接。

3.一种天平信号前置放大器，其特征在于，所述天平信号前置放大器包括多个如权利要求1或2所述的天平信号前置放大单元。

4.根据权利要求3所述的天平信号前置放大器，其特征在于，所述天平信号前置放大器还包括电源模块(700)，用于为所述天平信号前置放大器供电。

5.根据权利要求4所述的天平信号前置放大器，其特征在于，所述电源模块包括直流稳压电源(710)、滤波电路(720)和直流电压转换电路(730)；

所述滤波电路(720)输入端与所述直流稳压电源(710)相连接，所述滤波电路(720)输出端与所述直流电压转换电路(730)的输入端相连接；

所述直流电压转换电路(730)的输出端连接至天平信号前置放大器，为其提供直流电源。

6.一种天平信号检测系统，其特征在于，其包括如权利要求3至5之一所述的天平信号前置放大器(10)。

7.根据权利要求6所述的天平信号检测系统，其特征在于，所述天平信号检测系统还包括测试仪(20)和上位机(30)；

所述天平信号前置放大器(10)的输入端连接信号源(40)；所述天平信号前置放大器(10)的输出端与所述测试仪(20)相连接；

所述测试仪(20)还与所述上位机(30)通信连接。

8.根据权利要求7所述的天平信号检测系统，其特征在于，所述天平信号前置放大器(10)中的所述信号选择电路(100)的输入端与信号源(40)相连接；

所述天平信号前置放大器(10)中的差分信号连接器(500)与所述测试仪(20)相连接。

9.根据权利要求7所述的天平信号检测系统，其特征在于，所述测试仪(20)通过RS232通信线缆与所述上位机(30)通信连接。