一种用于微波波导测量系统的数字检流计技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于微波波导测量系统的数字检流计，包括信号调理电路、A/D采样及显示电路和电源电路。信号调理电路包括依次相连的I/V转换电路、放大电路以及有源滤波电路。A/D采样及显示电路包括依次相连的微处理器、驱动电路和数码管显示电路。电源电路分别与信号调理电路、A/D采样及显示电路相连。该数字检流计，具有调零和增益调节功能，测量精度较高，结果稳定，不易被外界环境干扰，在微波技术实验中，用它来替代光点检流计，应用于微波波导测量系统中，实现对对传输线上电压的测量，方便了教学的开展和实验室的维护，能够更好地满足实验要求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种直流检测仪表，尤其是一种可以应用于微波技术实验中，替代现有的光点检流计完成微波波导测量系统中信号测量的数字检流计。
技术介绍
“微波技术”是高等院校的电子信息类专业的一门重要课程，考虑到微波设备的复杂度和实验环境的建设成本，目前高校开设的微波技术实验中的微波测量部分大多仍是基于微波波导测量系统，需要利用测量终端来实现对波导测量线输出的信号进行检测，从而基于测量结果进行相关参数的计算。考虑到元件的输入功率限制以及微波能量的辐射，实验中微波信号源的输出功率一般设置的比较小，这样波导测量线输出的信号也很微弱，实验中一般是依靠检流计来完成对该微弱电流信号的测量，传统微波测量系统中的检流计多是直流复射式检流计，其灵敏度很高，但是也存在诸多问题，如不便于读数，且外界的轻微振动就会造成指针的摆动，易受环境干扰、稳定性差等。此外，学生在实验过程中若存在操作不当的地方，比如带电搬移检流计或者微波信号源的输出功率设置不当，很容易造成检流计的灯泡烧坏、光点偏移等。因此，将光点检流计应用于微波技术实验中，虽然测量灵敏度很高，但不论是实验室的维护还是从实验教学的开展方面来说，都存在诸多的不便。
技术实现思路
针对
技术介绍
存在的问题，本技术提供一种稳定的数字式检流计，可用室电直接供电，采用数字测量的方法来完成对微波波导测量系统中的微弱电流的连续稳定监测。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种用于微波波导测量系统的数字检流计，包括信号调理电路、A/D采样及显示电路、电源电路；信号调理电路与A/D采样及显示电路连接；电源电路分别与信号调理电路、A/D采样及显示电路相连；所述信号调理电路包括依次相连的I/V转换电路、放大电路、有源滤波电路。所述A/D采样及显示电路包括依次相连的微处理器、驱动电路、数码管显示电路；信号调理电路的输出与微处理器连接。所述微处理器采用内置A/D转换的单片机；所述驱动电路采用型号为74HC573的芯片。所述信号调理电路完成对波导测量线输出的弱电流信号的I/V转换、放大及滤波等功能。其中，放大电路可对弱电压信号进行放大，并具有零点调节和增益调节功能。该信号调理电路可实现对微安级电流进行放大，放大倍数可调。所述A/D采样及显示电路完成对信号调理电路输出电压信号的采样及结果显示等功能。其中，微处理器自带采样模块，完成采样和结果显示及刷新控制。数码管实现采样结果的数字化显示，所需数码管的个数根据电压变化范围和精度来决定。所述电源电路完成室电向低直流电压转换和为各模块供电的功能，包括交直流转化电路和电压变换电路。本技术可直接通过电缆线连接在波导测量线的检波管的输出端，实现对对传输线上电压的测量。与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：1.测量结果稳定，不易被外界环境干扰，在微波技术实验中，用它来替代光点检流计，方便教学的开展和实验室的维护，能够更好地满足实验要求。2.在提高测量精度的同时，其结构简单，成本较低，易于推广。附图说明图1为本技术的原理框图；图2为本技术的信号调理电路图；图3为本技术的A/D采样及显示电路图；图4为本技术的电源电路中电压转换电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的说明：参照图1，本技术包括信号调理电路、A/D采样及显示电路和电源电路。信号调理电路包括依次相连的I/V转换电路、放大电路以及有源滤波电路。A/D采样及显示电路包括依次相连的微处理器、驱动电路和数码管显示电路。电源电路分别与信号调理电路、A/D采样及显示电路相连。所述信号调理电路完成对波导测量线输出的弱电流信号的I/V转换、放大及滤波等功能。其中，放大电路可对弱电压信号进行放大，并具有零点调节和增益调节功能。该信号调理电路可实现对微安级电流进行放大，放大倍数可调。所述A/D采样及显示电路完成对信号调理电路输出电压信号的采样及结果显示等功能。其中，微处理器自带采样模块，完成采样和结果显示及刷新控制。数码管实现采样结果的数字化显示，所需数码管的个数根据电压变化范围和精度来决定。所述电源电路完成室电向低直流电压转换和为各模块供电的功能，包括交直流转化电路和电压变换电路。参照图2，信号调理电路主要完成对输入的弱电流信号进行I/V转换、放大及滤波处理等功能。输入电流通过P1进入到I/V转换，通过在调理电路前端并接2MΩ电阻R31转变为电压信号。转换输出的弱电压信号通过R33送入信号放大部分，该部分采用由前端放大电路和可调主放大电路组成的二级放大电路，两级均采用同相比例放大。U4为前端放大电路，R35为调零电阻，U5可调主放大电路，R39为增益调节电阻。直流放大部分采用了由OPA227组成的放大电路，OPA277为TI公司生产的高精度、低噪声运算放大器。经两级放大后的信号再通过二阶反相型低通有源滤波器。U6有源滤波级，采用OPA277运放，输出信号INPUT作为A/D采样及数码管显示电路的输入信号。参照图3，A/D采样及显示电路由单片机来实现控制，主要完成将信号采样、数码管的显示控制及电路复位等功能。U7所示的MCU选用TI的MSP430G255单片机，该单片机内置10位A/D，可以降低电路设计的复杂度，且该单片机具有超低功耗等特点。转换结果在0~1023的范围内，这样结合所选用的A/D的位宽和信号变化范围，用4位7段数码管来显示就完全可以满足测量要求，因此选用四位复用共阴极数码管，其驱动选用7段数码管专用的74HC573芯片。用MSP430G255的P2.0~P2.7口进行完成对4个数码管各段的控制，利用MSP430G255的P1.4~P1.7口来轮流刷新四位数码管，并把P1.3口作为A/D输入通道，这样既充分利用了MSP430G255单片机的GPIO口，又便于电路的布线。参照图4，电源电路主要完成AC-DC转换、DC-DC转换，实现为各模块供电的功能。AC-DC转换主要完成室电向直流低电压的转换，通过开关电源模块实现，将220V交流电转换成±12V直流电后，再进行电平转换。DC-DC转换为各个模块供电，需要用到3.3V和5V。DC12V通过L7805芯片转成DC5V，DC5V再通过TLV1117芯片转成DC3.3V。电容用于电源和地之间去耦。从上述方案可以本技术实现了微弱电流信号的数字化测量，而且具有零点调节和增益调节的功能，结构简单、成本较低、不易被外界环境干扰，完全能够很好地满足微波技术实验要求。本技术是对硬件系统进行的改进及创新，其中涉及到的软件或者处理方法（过程）均属于现有技术，不属于本技术的创新内容；本技术未做详细阐述的内容均属于现有技术。除上述优选实施例外，本技术还有其他的实施方式，本领域的技术人员可以根据本技术做出各种改变和变形，只要不脱离本技术的精神，均属于本技术所附权利要求所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微波波导测量系统的数字检流计，其特征在于：包括信号调理电路、A/D采样及显示电路、电源电路；信号调理电路与A/D采样及显示电路连接；电源电路分别与信号调理电路、A/D采样及显示电路相连；所述信号调理电路包括依次相连的I/V转换电路、放大电路、有源滤波电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于微波波导测量系统的数字检流计，其特征在于：包括信号调理电路、A/D采样及显示电路、电源电路；信号调理电路与A/D采样及显示电路连接；电源电路分别与信号调理电路、A/D采样及显示电路相连；所述信号调理电路包括依次相连的I/V转换电路、放大电路、有源滤波电路。2.根据权利要求1所述的一种用于微...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兰，夏彤，岳显昌，李世界，杨山山，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42