基于双斜积分原理电阻比例测量电路及测量方法与流程

本发明涉及电阻比例测量，尤其涉及一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路及测量方法。

背景技术：

1、对于空间站在轨计量校准方面的研究，美国nasa从1989年空间站建造之初就开始了详尽的研究，并规定了长期空间操作应考虑实现功能的和物理的计量结构，这种计量结构被设计成适合校准/或评估技术方法使用的形式，可以是自校准、自测试、自检测、和稳定的参考标准技术以便小型化方便空间计量控制，目前国际上一些遥感卫星在光学载荷上搭载了黑体标准和漫反射板标准，用于在轨校准遥感相机特性，而把电阻标准器的量值稳定性作为被研究对象，在国内外尚属首次，该项研究对推动空间计量的发展具有基础性的意义。

2、双斜积分原理在模数转换领域有着广泛的应用，其基本工作方式是通过对模拟输入信号进行两次积分，对积分时间的测量确定模拟信号数值的过程，前端通过开关阵列切换，第一阶段是切换到被测模拟输入信号uin对其进行定时t1积分，通过电路对积分电容器充电；第二阶段是切换到基准参考电压信号uref对其进行定值tx积分，通过电路对已充电的积分电容器放电；通过两次积分的结果满足：从结果可以看出，该双斜积分原理将输入模拟信号测量转换成时间测量过程，进而容易实现数字量的转换。

3、在利用双斜积分原理测量比例过程中，由于差分放大器偏置电压、积分器失调电压、积分电容并联泄漏、比较器延迟、电压跟随器建立时间问题导致比例测量结果与实际比例有一定偏差。需要提供一套误差补偿技术，提高电阻比例测量精度和速度，为空间用电气设备计量校准提供更高等级计量标准。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路及测量方法，解决运放、积分环路造成的不平衡误差和建立时间延迟造成测量误差的问题，提升双斜积分环节中，电阻比例测量精度、速度以及反向积分数值的计数精度。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路，包括待测电阻器、第一多路模拟开关、第二多路模拟开关、第三多路模拟开关、差分放大器、缓冲器、积分器、比较器、计数器、延时计数器、第一触发器、第二触发器、控制模块和时钟模块。

3、根据本发明的一个技术方案，所述控制模块与所述计数器、所述触发器、所述第三多路模拟开关以及所述延时计数器电连接；

4、所述时钟模块与所述计数器、所述触发器以及所述延时计数器电连接。

5、根据本发明的一个技术方案，所述比较器与所述计数器电连接，所述计数器与所述触发器电连接；

6、所述触发器与所述延时计数器、所述第一多路模拟开关、所述第二多路模拟开关以及所述第三多路模拟开关电连接。

7、根据本发明的一个技术方案，所述延时计数器与所述计数器、所述第一多路模拟开关以及所述第二多路模拟开关电连接。

8、根据本发明的一个方面，提出了一种利用如上述技术方案中任一项所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路的测量方法，包括以下步骤：

9、步骤s10、将若干待测电阻接入所述测量电路；

10、步骤s20、所述控制模块控制所述计数器和所述延时计数器清零，并通过控制所述第三多路模拟开关选择通道，确定定时积分的初始电压；

11、步骤s30、所述控制模块控制所述第一多路模拟开关、所述第二多路模拟开关和所述第三多路模拟开关，完成定时积分；

12、步骤s40、通过所述计数器d对所述时钟模块的时钟信号进行计数，完成延时等待；

13、步骤s50、所述控制模块控制所述第二多路模拟开关，完成反向积分；

14、步骤s60、基于初始校正值输出比例值。

15、根据本发明的一个技术方案，在进入所述待测电阻前，还包括：

16、将若干已知阻值的校准电阻接入所述测量电路，执行所述步骤s20至所述步骤s50，基于所述校准电阻的电阻及未校正的比例值得到所述初始校正值。

17、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s20中，具体包括：

18、所述控制模块输出清零信号至所述计数器和所述延时计数器，使所述计数器和所述延时计数器清零，控制所述第二多路模拟开关接00位，所述积分器输入接地，第一多路模拟开关闭合，所述积分器的电容短路；

19、所述比较器输出高电平，场效应管q17导通，avz＝0，所述计数器停止计数，所述延时计数器停止计数。

20、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s30中，具体包括：

21、所述控制模块控制清零信号无效，将第二多路模拟开关选通01位，第一多路模拟开关断开，所述积分器开始积分，所述积分器输出电压v0线性升高，当超过门限电平时，所述比较器输出低电平，所述计数器n1开始计数，在预设时间后停止，定时积分结束。

22、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s40中，具体包括：

23、当定时积分结束，所述计数器回零，所述延时计数器对所述时钟模块的时钟信号进行计数，当所述延时计数器达到预设计数值时，完成延时等待。

24、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s50中，具体包括：

25、当所述延时计数器达到预设计数值后，所述第二多路模拟开关选通10通道，将所述差分放大器的电压接入所述积分器，同时启动所述计数器开始计数，至所述积分器的输出电压v0小于门限电平，所述比较器输出高电平，所述计数器停止计数；

26、所述积分器输出电压继续下降至饱和电压，或被所述控制清零。

27、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

28、根据本发明的方案，通过逻辑控制数字部分计数起始时间实现建立时间延时误差自动补偿，解决了运放、积分环路造成的不平衡误差和建立时间延迟造成测量误差的问题，大大提升了双斜积分环节中，电阻比例测量精度、速度以及反向积分数值的计数精度，实现了电阻比例值的高准确度测量，进而获得空间环境下电阻标准器参数相对于标准环境下的变化量值，为空间环境标准体系和管理办法的建立提供量化基础。

29、进一步地，本发明的一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路的测量方法，可用于实现两种电压量值比例的高准确度计量测试，可为其他高精度电压比例测量领域提供支持。

技术特征：

1.一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，包括待测电阻器(r1、r2)、第一多路模拟开关(s0)、第二多路模拟开关(s1)、第三多路模拟开关(s2)、差分放大器(u1)、缓冲器(a4)、积分器(u2)、比较器(u3)、计数器(n1)、延时计数器(d)、第一触发器(u13-a)、第二触发器(u13-b)、控制模块和时钟模块。

2.根据权利要求1所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述控制模块与所述计数器(n1)、所述触发器、所述第三多路模拟开关(s2)以及所述延时计数器(d)电连接；

3.根据权利要求2所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述比较器(u3)与所述计数器(n1)电连接，所述计数器(n1)与所述触发器电连接；

4.根据权利要求3所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述延时计数器(d)与所述计数器(n1)、所述第一多路模拟开关(s0)以及所述第二多路模拟开关(s1)电连接。

5.一种利用如权利要求1至4中任一项所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，在进入所述待测电阻前，还包括：

7.根据权利要求5所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述步骤s20中，具体包括：

8.根据权利要求5所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述步骤s30中，具体包括：

9.根据权利要求5所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述步骤s40中，具体包括：

10.根据权利要求5所述的基于双斜积分原理电阻比例测量电路，其特征在于，所述步骤s50中，具体包括：

技术总结
本发明涉及一种基于双斜积分原理电阻比例测量电路及测量方法，基于双斜积分原理电阻比例测量电路包括：包括待测电阻器、第一多路模拟开关、第二多路模拟开关、第三多路模拟开关、差分放大器、缓冲器、积分器、比较器、计数器、延时计数器、第一触发器、第二触发器、控制模块和时钟模块。本发明，通过逻辑控制数字部分计数起始时间实现建立时间延时误差自动补偿，解决了差分运放建立时间造成测量误差的问题，大大提升了双斜积分环节中，反向积分数值的计数精度，同时通过对同一个电阻进行双斜积分，得到积分过程中的不平衡差值，通过软件的方式将此差值补偿到实际测量结果中，实现了电阻比例值的高准确度测量。

技术研发人员：陈阿琴,刘民,梅高峰,王书强,刘世俊,李亚琭,李晶晶,金海彬,胡志远
受保护的技术使用者：北京东方计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12