多通道物理量测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种多通道物理量测量装置，包括多个传感器、多个信号滤波器、一多路模拟开关、一信号调理电路、一模数转换器以及一微控制器。该多路模拟开关可连接各信号滤波器，根据来自微控制器的控制信号将来自多个信号滤波器的电信号分时地切换输出，每一时刻只输出一个电信号。信号调理电路连接该多路模拟开关，以接收多路模拟开关输出的单个电信号，并进行滤波、以及放大或衰减。然后经模数转换器将电信号转换为数字信号。微控制器发出该控制信号以切换到一信号滤波器后，通过该模数转换器采集对应该信号滤波器的数字信号，并根据该数字信号计算所测量的物理量。通过多路模拟开关的切换，本实用新型专利技术可复用硬件电路，因而节省成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量装置，尤其是涉及一种多通道物理量测量装置。
技术介绍
在许多工业领域都需要测量对象的物理参数，例如压力、温度、速度等参数，从而得知对象的状态。在涉及控制的领域，这些参数作为变量，参与到控制机制中。电子和计算机技术发展至今，这些参数被测量后，都会转化成电信号，进行后续的处理。相应的，一个典型的测量装置通常包括传感器以及与之适配的测量电路。传感器负责将所检测的物理量转化为电信号，而测量电路负责对信号进行放大、滤波、校准、量化等诸多处理，以获得所期望的高精度测量结果。理想的测量系统应当具有测量精度高、测量范围大、实现简单、成本低等特点。并且，期望该测量系统有额外的特点，以适应特定场合的需求。例如，当同时对多路物理量进行测量时，需要测量系统具有多通道测量能力。一般地，每一测量通道都会占用测量系统的一路测量和处理电路。这会使测量系统变得庞大，并且成本大幅上升。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种多通道物理量测量装置，以复用多通道的某些处理资源。本技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种多通道物理量测量装置，包括多个传感器、多个信号滤波器、一多路模拟开关、一信号调理电路、一模数转换器以及一微控制器。多个传感器用于测量物理量，并获得表征该物理量的模拟信号。多个信号滤波器一一对应地连接各传感器，用于滤除该模拟信号中的干扰信号。多路模拟开关连接各信号滤波器，该多路模拟开关根据一控制信号将来自多个信号滤波器的模拟信号分时地切换输出，每一时刻只输出一个模拟信号。信号调理电路连接该多路模拟开关，以接收多路模拟开关输出的单个模拟信号，并进行滤波、以及放大或衰减。模数转换器，连接该信号调理电路，以将信号调理电路输出的模拟信号转换为数字信号。微控制器连接该模数转换器和该多路模拟开关，该微控制器发出该控制信号以切换到一信号滤波器，且通过该模数转换器采集对应该信号滤波器的模拟信号，并根据经该模数转换器转换获得的数字信号计算所测量的物理量。在上述的多通道物理量测量装置中，还包括多个过压保护电路，一一对应地连接在各传感器和各信号滤波器之间。在上述的多通道物理量测量装置中，至少部分传感器所输入的信号为差分信号。在上述的多通道物理量测量装置中，该信号调理电路具有差分信号-单端信号转换电路。在上述的多通道物理量测量装置中，该信号调理电路还包括正向放大/衰减电路，对正向信号进行放大或衰减，并将负向信号箝位为零；以及负向放大/衰减电路，对负向信号进行反向，以及放大或衰减，并将正向信号箝位为零。在上述的多通道物理量测量装置中，至少部分传感器为热电偶。对应地，多通道物理量测量装置中还可包括冷端温度测量电路，测量热电偶的冷端温度，并输入至微控制器。在上述的多通道物理量测量装置中，还包括热电偶断路检测电路，连接在各信号滤波器的输入端，用以检测信号滤波器所在的通道上是否连接有热电偶。在上述的多通道物理量测量装置中，该热电偶断路检测电路包括第一信号源和第二信号源。第一信号源叠加于热电偶的其中一输入端，该第一信号源具有一第一电压和一第一内阻，该第一内阻与该热电偶的内阻的比例大于10000 1。第二信号源叠加于热电偶的另一输入端，该第二信号源具有一第二电压和一第二内阻，该第二电压与该第一电压之差的绝对值大于该热电偶的输出电压峰值的绝对值，该第二内阻与该热电偶的内阻的比例大于10000 1。其中微控制器根据所检测到的输入信号是否超出热电偶的输出电压范围，来确定热电偶是否连接。本技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可通过多路通道的切换，使得信号调理电路和模数转换器等器件可以得到复用，因此节省了装置的硬件开销。此外，本技术具有热电偶断路检测功能，可以避免因热电偶未接入造成的误检，提高系统可靠性。附图说明为让本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本技术的具体实施方式作详细说明，其中图1示出本技术一实施例的多通道物理量测量装置示意图。图2示出本技术另一实施例的多通道物理量测量装置示意图。图3示出基于差分信号输入的过压保护电路和信号滤波器。图4示出多路模拟开关的一个实施例。图5示出信号调理电路的一个实施例。图6示出热电偶断路检测电路示意图。图7示出图6的等效电路。具体实施方式本技术下面将参照附图描述一个或多个实施例。在本技术中，物理量可以指压力、温度、速度、加速度、电压、电流或者其他物理参数。在测量非电信号的场合中，传感器是指能将其他信号转变为电信号的器件，例如压力传感器、加速度传感器等。在测量电信号的场合中，传感器是指能进行电流和电压采集的器件，例如以感应方式获得电流和电压信号的器件，或者是取样电阻。图1示出本技术一实施例的多通道物理量测量装置示意图。参照图1所示，测量装置的一个实施例包含多个传感器11-1，11-2，. . .，11-n，与这些传感器对应的过压保护电路12-1，12-2，. . .，2-n，以及信号滤波器13-1，13-2，. . .，13-n。其中，η为正整数。每一传感器、过压保护电路、信号滤波器构成一路测量通道。每一测量通道可以测量相同的物理参数，也可以测量不同的物理参数。例如，传感器11-1所在的通道测量温度，而传感器11-2所在的通道测量压力。各个传感器所输出信号均为表征各物理量的模拟信号。各传感器11-1，11-2，. . .，ll-η通过接插件与装置连接后，输入的信号就送入装置了。由于传感器连接线所处的外界环境可能很恶劣，可能会出现过电压等可能损坏设备的现象，因此将输入信号首先输入各个过压保护电路12-1，12-2，. . .，12-n，进行限压保护。 当外界电压超过一定阈值的时候，过压保护电路就会起作用，把电压箝位在允许的安全范围之内，确保输入内部的信号不会出现高压，进而损坏装置内部电路。经过各过压保护电路12-1，12-2，. . .，12_n的信号进入各信号滤波器13_1， 13-2，...，13-n。由于存在诸如电磁干扰等因素，或者由于传感器地线与其他电路相连，因此信号存在诸多干扰信号。各信号滤波器13-1，13-2，...，13-n可对输入的信号进行滤波， 消除叠加在有用信号上的干扰信号，还原出真实的被测信号。由于干扰大多是高频的，因此各信号滤波器通常为低通滤波电路。关于滤波电路的截止频率，需要根据其表征的物理量，判断被测信号可能存在的最高频率，并留下充分的余量，把其余高频信号滤除。例如，对温度信号来说，它是变化比较缓慢的物理信号，因此在一实施例中，低通滤波截止频率设置在IOOHz以下，也就是只需要IOOHz以下的信号能够通过滤波电路输入。由于外部输入信号往往与本测量装置使用的不是同一个信号地，因此在图3所示的一个较佳实施例中，采用双端差分输入的方式，将外部信号输入至各个过压保护电路 12-1，12-2，. . .，2-n 中。当然可以理解，双端差分输入的方式也可以用于外部输入信号与本测量装置使用同一个信号地的场合。到目前为止，每一个被测参数对应一个测量通道。如果将经过上述处理的电压信号直接送入后续的信号调理电路15，则信号调理电路15上就需要根据电压信号的路数来配置相应套数的信号调理电路和模数(A/D)转本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多通道物理量测量装置，其特征在于包括：多个传感器，用于测量物理量，并获得表征该物理量的模拟信号；多个信号滤波器，一一对应地连接各传感器，用于滤除该模拟信号中的干扰信号；多路模拟开关，连接各信号滤波器，该多路模拟开关根据一控制信号将来自多个信号滤波器的模拟信号分时地切换输出，每一时刻只输出一个模拟信号；信号调理电路，连接该多路模拟开关，以接收多路模拟开关输出的单个模拟信号，并进行滤波、以及放大或衰减；模数转换器，连接该信号调理电路，以将信号调理电路输出的模拟信号转换为数字信号；以及微控制器，连接该模数转换器和该多路模拟开关，该微控制器发出该控制信号以切换到一信号滤波器，且通过该模数转换器采集对应该信号滤波器的模拟信号，并根据经该模数转换器转换得到的数字信号计算所测量的物理量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠明，
申请(专利权)人：辉景电子科技上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31