[发明专利]测量放大装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测以双极性矩形供电电压供电的测量电桥 的失调的测量放大装置。

本发明还涉及一种用于检测以双极性矩形供电电压供电的测量电 桥的失调的测量放大方法。

背景技术

已知的装置具有进行积分的模数转换器，该模数转换器基于测量 电桥的双极性模拟失调信号生成用于表示电桥失调的数字输出值。在 此，模数转换器具有积分器，积分器将在运行中持续地加载在其上的 测量信号和间歇性地在其上加载的参考信号工作电平进行积分。此外， 模数转换器具有在积分器后面串联的比较器，该比较器将积分器输出 信号与阈值进行比较。比较器测定出当积分器输出信号跨越阈值的每 个时间点。借助反馈至可切换的参考电压源的比较器输出信号，比较 器控制参考信号的工作电平的间歇性的加载。在此，时间测量件检测 每个测量间隔的持续时间，因为由此限定，在测量间隔的持续时间期 间，参考信号的工作电平被加载到积分器上，作为电桥失调的量度的 基础而被检测。

这种用于对测量信号、特别是测量电桥的失调信号进行数字化检 测的方法和装置在载波频率放大和载波频率转换的概念中被公知。概 念“测量电桥”在此应当理解得较为广泛并且不仅包括传统的惠斯顿 电桥，而且也包括所谓的半电桥和其他的以供电电压供电的、具有至 少一个可改变的电阻的电路，该电阻的改变导致可在电路上截取的失 调电压的失调。

在导入载波频率原理之前，直流电压测量信号，例如测量电桥的 失调信号借助直流电压放大器预放大并且接下来在积分的模数转换器 中数字化。

积分的模数转换器的原理在丰富多样的变动方案中久已被公知。 这里例如在DE 21 14 141、DE 28 20 601 C2以及DE 100 40 373 A1中 所述的。在积分的模数转换器中，测量信号被加载到作为积分器布线 的运算放大器的输入端上。为了作为积分器布线，运算放大器的输出 端通过电容器与其测量信号输入端连接。同样，直流电压参考信号的 输入与运算放大器的测量信号输入端相连接。该参考信号仅间歇性地 以工作电平接入。在其余时间内参考信号以数量上较低的静电平 (Ruhepegel)加载或者完全与运算放大器的输入端分离。在测量脉冲 (Messtakt)的第一脉冲部分期间，在该脉冲部分中参考信号的工作电 平没有被加载，电容器通过在运算放大器中放大的测量信号被充电。 如果在预先给定的时间跨度之后参考信号的工作电平被接入，则电容 器在第二脉冲部分期间放电，由此积分器输出信号下降。积分器输出 信号的过零的时间点或者通用的过阈值的时间点借助在后面串联的比 较器检测，比较器在其一侧通过控制件促使，参考信号的工作电平重 新从积分器输入端分离，从而一个新的测量脉冲能够以电容器的充电 开始。第二脉冲部分的持续时间，也就是说，时间跨度以合适的时间 测量件，例如定时的计数器测量，在该时间跨度期间参考信号的工作 电平加载在积分器上。测量的时间段，在此称为测量间隔，表示对于 电容器的在第一脉冲部分中进行的充电的量度以及因此对于测量信号 的电平的量度。在借助定时的计数器进行时间测量的情况下，计数器 值直接地被用作测量信号的数字量度，也即特别是测量电桥的失调信 号的数字量度。

在过去，直流电压测量信号的精确预放大由于与此相联系的偏移 电压和其漂移而具有困难。部分的补救措施通过载波频率原理的导入 而实现，载波频率原理也显示关于1/f噪声的抑制方面的优点。在此， 以双极性矩形信号供给测量电桥。由此产生测量电桥的同样是双极性 矩形的失调信号。利用公知的交流电压放大器将上述失调信号预放大。 该预放大的交流电压信号可以接下来通过相位合适的整流和随后的低 通滤波过滤转换成直流电压测量信号。这从DE 2164315中公知。接下 来的直流电压测量信号的数字化可以如上面所述那样实现。

代替相位合适的整流和接下来的低通滤波过滤，在WO 03/087749 A2中公知一种系统，在该系统中预放大的交流电压失调信号直接地和 高频地被探测，其中，在双极性的失调信号的各相邻的半时段检测到 的探测值的平均值的差被用作电桥失调的量度。这种方法相对于前面 所述的相位合适的整流和接下来的低通滤波过滤的方法具有数字地消 除交流电压预放大器偏移和漂移的优点。然而在此不利的是，很高频 率的但在其分辨率方面受到限制的探测器是必需的。