具有背景调准的测量放大器及用于背景调准的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有背景校准和背景调准的测量放大器(103)以及一种用于对这种测量放大器实施背景校准和背景调准的方法。所述测量放大器借助至少一个放大器装置(108)放大、数字化并且处理至少一个测量传感器(102)的至少一个测量值(111)。所述至少一个放大器装置有时可以通过附加放大器装置(107)替代，这能够实现其无中断的校准并且需要时调准。在校准时，可靠地求取放大器装置的不仅零点误差而且增益误差。此外，直接并且不间接地校准放大器装置。因此，在没有测量中断的情况下实现高的精确度。此外，在具有多个通道的测量放大器中通常也需要仅仅一个附加放大器装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有背景校准和背景调准的测量放大器以及一种用于实施该种测量放大器的背景校准和背景调准的方法。
技术介绍
电输入信号借助测量放大器转换成测量值。在此，使用组件如放大器、模拟/数字转换器、滤波器等，借此对输入信号进行放大、数字化、滤波等，以便得到可使用的测量值。电输入信号可以由一个或多个测量传感器提供。相应地，测量放大器可以具有一个或多个通道。测量放大器的电路大多具有多个单个构件，其中，所述构件中的每一个具有自身公差。尤其在精确测量放大器的情况下，允许公差仅仅非常小。通过严格的选择方法还可以好地控制构件的原始公差，而几乎不能对单个构件的通过温度和老化引起的漂移行为(Driftverhalten)产生影响。申请人的精确测量放大器能够以高精确度(Klassengenauigkeit)5ppm、即0.0005％在物理极限的边缘处进行测量或者将输入信号转换成测量值。为了保证所述精确度并且也为了在多年期间保持恒定，需要设备内部的自动的校准和调准或自动调准。在此，循环地借助内部参考信号来补偿测量放大器的漂移并且通过这种方式在测量放大器的运行时间期间保持测量放大器的高精确度恒定。在测量放大器的启动阶段(Einlaufphase)之后，在这个过程中仅仅仍发生不易察觉的之后调准。在以前所使用的方法中，循环地对于一些时间中断测量并且借助两个参考点(零值和终值)来校正零点和增益。随后，可以再次继续测量。然而，在此等待测量放大器中的滤波器的滤波稳定时间(Filtereinschwingzeiten)，所述滤波稳定时间是部分显著的。测量运行的所述中断对于用户而言是干扰的并且在确定的应用时是不值得赞赏的。因此，期望的是避免所述中断。在EP2056460B1中公开一种方法，借助该方法可以校正测量放大器的测量值，而不用中断测量运行。在此，第一放大器电路将持久输送给其的输入信号连续地、即没有任何中断地转换成测量值。第二放大器电路与第一放大器电路并联连接。交替地给第二放大器电路输送输入信号、参考信号和零信号。第二放大器电路的测量值根据参考信号和零信号来校正。随后，在输入信号的不同水平时求取第二放大器电路的已校正的测量值与第一放大器电路的没有校正的测量值之间的差以及根据所述差确定零点误差和增益误差。然后，可以根据所确定的误差校正第一放大器装置的测量值。通过这种方式可以连续地测量。不必须中断测量运行。借助在EP2056460B1中所描述的方法，仅仅当输入信号显著变化时，才能够优化地确定零点误差和增益误差。如果输入信号的变化是准静态的，则尽管第一放大器电路的测量值在总和上被正确地校正，然而不涉及划分成零点误差和增益误差。仅仅当显著的输入信号变化有规律地出现时，才能够确定增益误差。如果出现输入信号的显著变化，则测量值首先由于零点误差和增益误差的不正确确定而偏差。在输入信号中的跳变并且其的重新求取之后跟随并且因此校正零点误差和增益误差。然而直至那时，测量值对于一与实现相关的确定的时间偏差。在EP2056460B1中所公开的方法中，还发生误差传播。在所述方法中，测量放大器通过附加放大器电路间接地校准。通过两级的方法(先校准附加的第二放大器电路，然后由此推导出原本的第一放大器电路的误差)，每一个级中的误差被相加并且因此可能导致校准结果的更大误差。在EP2056460B1中所描述的方法也还需要，第一放大器电路和第二放大器电路在尽可能长的时间段上并行地提供测量值，以便可以根据所述测量值的差在不同的输入信号水平时确定第一放大器电路的零点误差和增益误差或用于测量值的校正值。因此，在具有多个通道的测量放大器中，对于每一个单个放大器电路需要另一相同构造的放大器电路。因此，对于数量N个通道总是需要2×N个放大器电路。这种硬件耗费在精确测量放大器中通常是不实际的。精确测量放大器的构造基本上比用于标准要求的测量放大器的构造更复杂且更耗费。因此，由于空间原因和成本原因很少使用两倍数量的放大器电路。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种用于无中断地校准和调准测量放大器的改善的方法以及一种相应的测量放大器，在它们中不出现上述不利的所有或至少一部分。所述任务借助根据独立权利要求1所述的方法和根据独立权利要求9所述的测量放大器来解决。有利的扩展方案在从属权利要求中说明。根据权利要求1，在用于无中断地校准和调准用于N个测量信号的测量放大器的方法中实施以下步骤，所述测量放大器具有至少N+1个放大器装置并且设置用于输出相应于N个测量信号的N个测量值，其中适用N≥1并且索引i从1至N。给至少N+1个放大器装置的第i放大器装置输送N个测量信号中的第i测量信号。输出通过第i放大器装置由第i测量信号产生的测量值。将至少两个第i参考信号输送给至少N+1个放大器装置的另一放大器装置。所述另一放大器装置借助至少两个第i参考信号校准，其中求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差。如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上，则调准所述另一放大器装置。将第i测量信号输送给所述另一放大器装置。输出通过所述另一放大器装置由第i测量信号产生的测量值。将至少两个参考信号输送给第i放大器装置。第i放大器装置借助至少两个参考信号校准，其中，求取第i放大器装置的零点误差和增益误差。如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上，则调准第i放大器装置。借助所述校准方法和调准方法，直接校准每一个放大器装置。在此，分别借助例如可以是零值和终值的参考信号来校准并且由此正确确定不仅零点误差而且增益误差。这甚至适于准静态变化的测量信号。与在EP2056460B1中所描述的方法不同，在校准放大器装置时校正值分别不是借助间接校准“学到”，而是通过直接校准计算出。在此，不发生误差传播，即不产生后续误差(Folgefehler)并且不产生由所述后续误差决定的测量误差。换言之，不产生自身相加的误差。因此，所述校准方法和调准方法带来至今仅仅在具有测量中断的传统校准中已经达到了的最大精确度。因此，可以避免中断并且可以同时满足在精确测量放大器上提出的高的精确度要求。此外，对于每个测量放大器通常仅仅还需要一个附加放大器装置以便实现校准方法和调准方法，即替代2×N个放大器装置需要仅仅N+1个放大器装置。这在多通道的测量放大器中降低硬件耗费、空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无中断地校准并且调准用于N个测量信号(111；211，225；311，325)的测量放大器(103；203；303)的方法，所述测量放大器具有至少N+1个放大器装置(107，108；207，208，224；307，308，324)并且设置用于输出相应于所述N个测量信号的N个测量值，其中，适用N≥1，并且对于i＝1至N实施以下步骤：给所述至少N+1个放大器装置中的第i放大器装置输送(S1)所述N个测量信号中的第i测量信号；输出(S2)通过所述第i放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值；给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置输送(S3)至少两个第i参考信号(112，113；212，213；312，313)；借助所述至少两个第i参考信号校准(S4)所述另一放大器装置，其中，求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差；如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上，则调准(S5)所述另一放大器装置；给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号；输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值；给所述第i放大器装置输送(S8)至少两个参考信号；借助所述至少两个参考信号校准(S9)所述第i放大器装置，其中，求取所述第i放大器装置的零点误差和增益误差；以及如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于所述误差预给定的阈值之上，则调准(S10)所述第i放大器装置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.06 DE 102013014876.61.一种用于无中断地校准并且调准用于N个测量信号(111；211，225；
311，325)的测量放大器(103；203；303)的方法，所述测量放大器具有
至少N+1个放大器装置(107，108；207，208，224；307，308，324)并
且设置用于输出相应于所述N个测量信号的N个测量值，其中，适用N≥1，
并且对于i＝1至N实施以下步骤：
给所述至少N+1个放大器装置中的第i放大器装置输送(S1)所述N
个测量信号中的第i测量信号；
输出(S2)通过所述第i放大器装置由所述第i测量信号产生的测量值；
给所述至少N+1个放大器装置中的另一放大器装置输送(S3)至少两
个第i参考信号(112，113；212，213；312，313)；
借助所述至少两个第i参考信号校准(S4)所述另一放大器装置，其
中，求取所述另一放大器装置的零点误差和增益误差；
如果对于所述另一放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于
所述误差预给定的阈值之上，则调准(S5)所述另一放大器装置；
给所述另一放大器装置输送(S6)所述第i测量信号；
输出(S7)通过所述另一放大器装置由所述第i测量信号产生的测量
值；
给所述第i放大器装置输送(S8)至少两个参考信号；
借助所述至少两个参考信号校准(S9)所述第i放大器装置，其中，
求取所述第i放大器装置的零点误差和增益误差；以及
如果对于所述第i放大器装置求取的误差中的至少一个误差位于对于
所述误差预给定的阈值之上，则调准(S10)所述第i放大器装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，适用j≥1并且
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器
装置(107；207)，
为了校准所述第i放大器装置(108；208；224)，使用所述至少两个
第i参考信号，以及
在调准所述第i放大器装置的步骤之后，再次给所述第i放大器装置输
送所述第i测量信号(111；211，225)并且输出通过所述第i放大器产生
的测量值(116；216，226)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，适用j≥1并且
对于i＝1：
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第N+j放大器
装置(307)，为了校准所述第i放大器装置(308)使用至少两个第i+1参
考信号，并且在调准所述第i放大器装置的步骤之后，给所述第i放大器装
置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中
的第i+1放大器装置(324)的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置
由所述测量信号产生的测量值(316)，
对于1<i<N：
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器
装置，为了校准所述第i放大器装置使用至少两个第i+1参考信号，并且在
调准所述第i放大器装置的步骤之后，给所述第i放大器装置输送所述N
个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中的第i+1放大
器装置的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置由所述测量信号产生
的测量值，以及
对于i＝N：
所述另一放大器装置是所述至少N+1个放大器装置中的第i-1放大器
装置(308)，为了校准所述第i放大器装置(324)使用至少两个第N+j参
考信号，并且在调准所述第i放大器装置的步骤之后，给所述第i放大器装
置输送所述N个测量信号中的至今已输送给所述至少N+1个放大器装置中
的第N+j放大器装置(307)的测量信号并且输出通过所述第i放大器装置
由所述测量信号产生的测量值(326)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量放大器具有至少2×N
个放大器装置，其中，
所述另一放大器装置是所述至少2×N个放大器装置中的第i+N放大器

\t装置，
为了校准所述第i放大器装置，使用至少两个第i参考信号，以及
在调准所述第i放大器装置的步骤之后，再次给所述第i放大器装置输
送所述第i测量信号并且输出通过所述第i放大器装置产生的测量值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量放...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·沙克，H·基青，
申请(专利权)人：霍廷格鲍德温测量技术设备公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE