本发明专利技术公开了一种基于高频交流信号的温度测量系统及方法，包括高精度交流电流源、温度传感器、电阻器、差分运算放大器、均方根检测电路、模数转换器和微控制器，温度传感器与高精度交流电流源相连，电阻器与温度传感器相连，差分运算放大器与温度传感器相连，均方根检测电路与差分运算放大器相连，模数转换器与均方根检测电路相连，实时采集均方根检测电路输出信号，将模拟信号转换成数字信号输出；微控制器与模数转换器相连，读取信号转换结果，并通过公式转换成当前的温度值输出，本发明专利技术可以将温度测量系统产生的磁噪声由低频段搬移至测量系统不敏感的其他频段，进一步提升整个系统的极限测量范围。系统的极限测量范围。系统的极限测量范围。
【技术实现步骤摘要】
一种基于高频交流信号的温度测量系统及方法
[0001]本专利技术属于温度传感测量技术和量子精密测量技术的融合交叉领域，具体涉及一种基于高频交流信号的温度测量系统及方法，可以推广应用到其他的温度测量应用领域。
技术介绍
[0002]随着量子操控、精密光谱、材料科学等相关技术的迅速发展，量子传感技术以其远超经典测量极限的突出优势受到越来越多领域的关注。在基于原子自选效应的极弱磁场和惯性测量等量子精密测量领域，由于系统工作工作过程中，内部碱金属原子气室需要维持在一个恒定的温度值，需要一个温度控制系统，且由于整个系统是对极弱磁场等相关参数的测量，对外部的磁场的干扰显得尤为敏感，因此需要为这种系统开发一套匹配的温度控制系统。作为温控系统的重要一环，传统的以PT1000铂电阻为传感器的温度测量技术，通过直接加载直流电流而后测其两端电压的方式，这种方式会给测量系统引入低频的磁噪声，限制整个系统测量参数的进一步提升，而通过施加交流电信号的方式则可以避开测量系统敏感的低频段磁噪声，将温度测量的磁噪声搬移到系统不敏感的高频段，与测量信号在频域上区别开进而将测量信号准确的检测出来，这对提升整个量子测量系统的参数有着积极的意义。
技术实现思路
[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于高频交流信号的温度测量系统及方法，可以调整交流电流源的电流信号输出频率，将整个温度测量系统所产生的磁噪声往系统不敏感的高频范围偏移，降低温度控制系统对量子精密测量系统测量精度的影响。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于高频交流信号的温度测量系统，包括高精度交流电流源、温度传感器、电阻器、差分运算放大器、均方根检测电路、模数转换器以及微控制器，所述的温度传感器与高精度交流电流源相连，将高精度交流电流源输出的交流电流信号转换成与当前温度相关的交流电压信号；所述的电阻器与温度传感器相连，将温度传感器两端的电压维持在模数转换器的输入端电压采样区间内；所述的差分运算放大器与温度传感器相连，将温度传感器两端的电压信号相减，并放大至与模数转换器的输入端电压采样区间相匹配；所述的均方根检测电路与差分运算放大器相连，将差分运算放大器输出的交流电压信号转换成其均方根值，该值是一个直流信号；所述的模数转换器与均方根检测电路相连，对温度传感器两端信号的均方根值进行采样，并转换成数字信号输出；所述的微控制器与模数转换器相连，读取模数转换器的转换结果，并通过温度传感器的电阻
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温度转换关系式计算得到当前温度值。
[0005]作为优选，所述高精度交流电流源根据需求进行选择，当在实验室应用时选择高精度的电流源仪器进行交流电流源输出；当用于嵌入式系统时，选择带交流电流源输出模式的DDS芯片作为交流电流源。
[0006]作为优选，所述温度传感器选择PT1000铂电阻传感器。
[0007]作为优选，所述电阻器的电阻值根据模数转换器和差分运算放大器的工作范围进行选取。
[0008]作为优选，所述的差分运算放大器选择低噪声运算放大器，其带宽大于高精度交流电流源的输出电流信号频率。
[0009]作为优选，所述模数转换器的位数取决于温度测量系统的灵敏度，同时受制于高精度电流源的精度值，所述模数转换器的转换速率取决于均方根检测电路的带宽。
[0010]作为优选，所述微控制器为单片机或ARM芯片，带有匹配模数转换器的输出通信接口。
[0011]本专利技术还提供了一种基于高频交流信号的温度测量方法，包括以下步骤：S1：温度传感器将高精度交流电流源输出的交流电流信号转换成与当前温度相关的交流电压信号；S2：电阻器将温度传感器两端的电压维持在模数转换器的输入端电压采样区间内；S3：差分运算放大器将温度传感器两端的电压信号相减，并放大至与模数转换器的输入端电压采样区间相匹配；S4：均方根检测电路将差分运算放大器输出的交流电压信号转换成其均方根值，该值是一个直流信号；S5：模数转换器对温度传感器两端信号的均方根值进行采样，并转换成数字信号输出；S6：微控制器读取模数转换器的转换结果，并通过温度传感器的电阻
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温度转换关系式计算得到当前温度值。
[0012]本专利技术具有的优点和积极效果是：目前在基于量子精密测量的领域中，由于测量系统所需要检测的信号都非常微弱，如何提高整个测量系统的信噪比就成了一个至关重要的问题。在诸如基于原子自旋效应的极弱磁场测量和极弱惯性测量等领域中，任何可以有效降低系统磁噪声的措施都是非常有必要的，因此本专利技术基于高频交流信号的温度测量方法可以将温度测量系统产生的磁噪声由低频段搬移至测量系统不敏感的其他频段，这对于进一步提升整个系统的极限测量范围有着非常积极的意义。且本方法描述的温度测量技术实现原理简单，工程实现性好，具有非常大的应用价值。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的整体功能框图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0015]如图1所示，一种基于高频交流信号的温度测量系统，包括高精度交流电流源1、温度传感器2、电阻器3、差分运算放大器4、均方根检测电路5、模数转换器6以及微控制器7，所述的温度传感器2与高精度交流电流源1相连，将高精度交流电流源1输出的交流电流信号转换成与当前温度相关的交流电压信号；所述的电阻器3与温度传感器2相连，将温度传感
器2两端的电压维持在模数转换器6的输入端电压采样区间内；所述的差分运算放大器4与温度传感器2相连，将温度传感器两端的电压信号相减，并放大至与模数转换器6的输入端电压采样区间相匹配；所述的均方根检测电路5与差分运算放大器4相连，将差分运算放大器4输出的交流电压信号转换成其均方根值，该值是一个直流信号；所述的模数转换器6与均方根检测电路5相连，对温度传感器2两端信号的均方根值进行采样，并转换成数字信号输出；所述的微控制器7与模数转换器6相连，读取模数转换器6的转换结果，并通过温度传感器的电阻
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温度转换关系式计算得到当前温度值。
[0016]其所述高精度交流电流源1为可以输出10KHz以上交流信号的电流源，其输出电流精度应该在0.1%以上，输出信号幅度在0.1毫安培以上，输出信号频率要求可调节。交流电流源的精度会直接影响最终的温度转换精度，理论上交流电流的精度越高越好，但是考虑到电路本身的噪声和模数转换器的转换位数的影响，0.1%的电流源精度就可以满足要求。输出信号的频率取决于最终系统测量信号的敏感频率，考虑到一般精密测量系统的对低频段噪声比较敏感，10KHz的温度检测噪声对系统的影响可以被有效滤除。
[0017]所述温度传感器2为PT1000铂电阻，其阻值随着温度变化而变化，可以根据公式由当前的电阻值推算出当前温度值。PT1000铂电阻在接触式高精度的温度测量领域应用十分广泛，其测温范围广、性能稳定、精度较高，且后端电路简单。
[0018]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于高频交流信号的温度测量系统，包括高精度交流电流源（1）、温度传感器（2）、电阻器（3）、差分运算放大器（4）、均方根检测电路（5）、模数转换器（6）以及微控制器（7），其特征在于：所述的温度传感器（2）与高精度交流电流源（1）相连，将高精度交流电流源（1）输出的交流电流信号转换成与当前温度相关的交流电压信号；所述的电阻器（3）与温度传感器（2）相连，将温度传感器（2）两端的电压维持在模数转换器（6）的输入端电压采样范围内；所述的差分运算放大器（4）与温度传感器（2）相连，将温度传感器两端的电压信号相减，并将信号放大至匹配模数转换器（6）的输入电压采样区间；所述的均方根检测电路（5）与差分运算放大器（4）相连，将差分运算放大器（4）输出的交流电压信号转换成其均方根值，该值是一个直流信号；所述的模数转换器（6）与均方根检测电路（5）相连，对温度传感器（2）两端信号的均方根值进行采样，并转换成数字信号输出；所述的微控制器（7）与模数转换器（6）相连，读取模数转换器（6）的转换结果，并通过温度传感器的电阻
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温度转换关系式计算得到当前温度值。2.根据权利要求1所述的一种基于高频交流信号的温度测量系统，其特征在于：所述高精度交流电流源（1）根据需求进行选择，当在实验室应用时选择高精度的电流源仪器进行交流电流源输出；当用于嵌入式系统时，选择带交流电流源输出模式的DDS芯片作为交流电流源。3.根据权利要求1所述的一种基于高频交流信号的温度测量系统，其特征在于：所述温度传感器（2）选择PT1000铂电阻传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于高...
【专利技术属性】
技术研发人员：李梓文，张宁，王子轩，郭强，于婷婷，张梦诗，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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