专利名称：反馈式信号放大处理方法
技术领域：
本发明涉及一种反馈式信号放大处理方法，具体涉及一种在低频正负矩形波调制下的信号放大处理方法。
目前国内外尚没有这种信号放大处理方法。在低频正负矩形波调制下的信号放大处理方法，是传感器的变送信号容易被工频干扰，为消除工频干扰，采用周期为工频周期偶数倍的正负矩形波对传感器的信号变送进行调制。这样，在对传感器的信号进行放大处理时，对应正负矩形波的调制过程，具有如下的消除工频干扰与数字化测量操作用正矩形波调制下信号平均值的采样值减去负矩形波调制下信号平均值的采样值，运算结果可得到一个已消除了工频干扰因素的信号测量值。但很多传感器变送出的真实信号不但很微弱而且内阻很高，在真实信号以及处理过程中往往会叠加上严重的零点漂移干扰。如在离子电流标定方法(发明专利申请号96116398．4)和流体霍尔电势测量方法(发明专利申请号96116387．6)等的微弱信号检测中，零点漂移干扰值要达到真实信号值的数量级倍。因此，在叠加了零点漂移干扰的实际信号中，将无法对其中的真实信号进行直接放大。显然，在真实信号得不到充分放大时，将无法有效地对信号进行消除工频干扰与数字化测量操作。通常对信号中有零点漂移干扰的放大处理方法是采用隔离直流方法。典型的是用传统的电容等隔离直流的方式，即通过交流耦合来提供对信号的放大处理。由于隔离直流的方式容易使真实信号产生失真，且有些具有缓慢变化的零点漂移干扰是很难用隔离直流方法来完全消除的。因此，采用隔离直流方法对真实信号实现保证线性的放大会带来困难。
本发明的目的是要提供一种在低频正负矩形波调制下的改进的信号放大处理方法，它不但能动态地消除零点漂移干扰，而且能实现对微弱的真实信号进行高增益地线性放大，从而可有效地对信号进行消除工频干扰与数字化测量操作。
本发明的目的是按以下方式实现的在每个低频正负矩形波调制周期中，它对输入信号采取了三个放大处理过程。一是在正或者负调制开始段，对输入信号按给定值进行动态反馈下的高增益放大，动态反馈使高增益放大后的输出被动态地控制在给定值；二是在正或者负调制下，要对经放大处理后的信号进行采样的前一个时刻，将动态反馈值保持住，使以后的输入信号先平移一个固定保持值，再通过高增益放大后输出；三是在完成了上两个的放大处理过程后，将经放大处理后的信号按正与负调制两种情况，分别进行采样并作相减处理。这三个放大处理过程使信号动态地消除了零点漂移干扰和得到了高增益地线性放大。其中，第三放大处理过程同时完成了在低频正负矩形波调制下对信号的消除工频干扰与数字化测量操作。由于是充分利用低频正负矩形波调制下信号处理的特点，在信号调制周期中以反馈控制方式对信号进行放大处理，动态地消除了零点漂移干扰，所以容易实现对微弱信号的高增益线性放大和保持信号放大处理过程的稳定性，容易达到对微弱信号的高精度数字化测量。同时，整个反馈式信号放大处理方法保持了低频正负矩形波调制方式本身的信号响应速度。因此，本发明特别适合对一些微弱且有脉动的信号进行放大处理。
本发明的具体实施方法由以下的实施例及其附图给出。
图1是根据本发明提出的反馈式信号放大处理方法的工作原理图。图2是图1中控制信号的时序关系。
下面根据图1和图2详细说明依据本发明提出的工作原理细节与信号放大处理过程的情况。
图1中，(1)代表具有变送系数C的传感器，它在低频正负矩形波调制k0下，对应一个调制周期下的k0正与负情况，如果无任何干扰，可以认为传感器将被检测量x0分别变送为(+C)×x0和(-C)×x0两种状态。图1中的信号x1可以看作是传感器在各种干扰因素下的实际输出信号。(2)代表阻抗转换器，它将可能是高阻抗的信号x1转换为低阻抗的信号x2。(3)代表差分输入的有增益K的放大器，它将信号x2与f1的差值进行增益K的放大，输出信号x3。(4)代表定值控制器，它以s0作为给定值，以x3作为被控制量，以f2作为控制输出值。(5)代表采样保持器，按图2的时序它有两种二作方式一是当在一个k0周期的正或者负开始段，在控制信号k1为高电平时使采样保持器(5)的输出f1动态地等于输入f2，这样使(3)、(4)和(5)三部分组成了一个给定值为s0、被控量为x3、动态反馈量为f2的K增益动态反馈定值控制器，将信号x3动态地控制在给定值s0；二是在k0正或者负下，要对经放大处理后的信号进行采样前的T时刻，控制信号k1从高电平变为低电平，使采样保持器(5)将当前f2(T)保持住，即采样保持器(5)的输出f1恒等于f2(T)，此时(3)和(5)两部分将信号x2先平移了一个固定的保持值f2(T)，再进行增益K的放大，得到x3=K×[x2-f2(T)]的信号放大处理结果。(6)代表转换率为P的电压／频率形式的模拟数字转换器，它将模拟信号x3转换成数字形式的频率信号x4=P×x3。图2是一个k0周期中的时序。图1的其余部分是在上述信号放大处理后开始进行操作。图1中的(7)、(8)和(9)分别代表采样开关、计数器和数字信号运算器，按k0的正(负)和负(正)两个过程，采样开关(7)和计数器(8)在控制信号k2为高电平时以计数方式分别对信号x4进行两次采样操作，并将两个计数值分别以x6的数字信号形式输出，数字信号运算器(9)将k0正过程下的计数值减去k0负过程下的计数值，运算结果将相同的信号平移量、工频干扰消除了，得到了检测量x0被线性放大后的数字化测量结果x7。有x7=2×K×C×x0×P。图1的(10)代表数字信号显示器，它显示数字化测量结果x8。(11)代表控制信号发生器，它输出三个信号一是周期为工频周期偶数倍的正负矩形波调制k0，它对传感器(1)的信号变送过程进行调制；二是控制信号k1，它操作采样保持器(5)；三是控制信号k2，它操作采样开关(7)；图2表示了三个信号的时序关系。
权利要求
1．一个由放大器(3)、定值控制器(4)和采样保持器(5)组成图1形式的反馈式信号放大处理方法，对输入信号x2按图2的时序，在k0的一个周期中进行三个信号放大处理操作以及方法，其特征在于a．在k0正或者负开始段，k1高电平的操作使采样保持器(5)的输出直接传输对应的输入f2；对应的处理方法是动态地使f1=f2和x3=K×(x2-f2)=s0；b．在要对k0正(或负)调制下的信号x3采样之前的T时间，k1变成低电平的操作使采样保持器(5)的输出f1=f2(T)，并使后续的f1值恒等于f2(T)；对应的处理方法是使x3=K×[x2-f2(T)]；c．在上两个放大处理操作后，采用的放大处理操作以及方法是将在k0正(或负)下对x3的采样值减去在k0负(或正)下对x3的采样值。
全文摘要
本发明提供了一种在低频正负矩形波调制下的反馈式信号放大处理方法,适合于对微弱且脉动信号的放大处理和数字化测量。它对输入信号采取了三个放大处理过程:一是进行高增益地动态反馈定值控制、二是用反馈保持值平移输入信号并进行高增益放大、三是对放大处理后的信号再在正与负调制下分别进行采样以及相减。第一、第二个放大处理过程使信号动态地消除了零点漂移干扰和得到高增益地线性放大,第三个放大处理过程可对信号实现动态消除工频干扰和数字化测量。
文档编号H03F1/32GK1280416SQ99113868
公开日2001年1月17日 申请日期1999年7月12日 优先权日1999年7月12日
发明者李斌, 沈天飞 申请人:上海大学