振动式黏弹力传感器的测量电路及测量设备制造技术

本实用新型专利技术提供振动式黏弹力传感器的测量电路，包括调节电路、控制器、电压控制电流源、模拟开关、黏弹力传感器、信号采集电路、模数转换器以及参考电阻。本实用新型专利技术还涉及振动式黏弹力传感器的测量设备。本实用新型专利技术使得测量结果对大部分的电路参数的漂移不敏感；该电路测得信号正比于传感器阻抗，不需要做复杂的变换，减小计算复杂度的同时也对提高精度有益，且电路结构简单，传感器工作点设置方便，适应于多种待测样本而不易停振。

【技术实现步骤摘要】
振动式黏弹力传感器的测量电路及测量设备
本技术涉及黏弹力测量仪器
，尤其涉及振动式黏弹力传感器的测量电路及测量设备。
技术介绍
振动式的黏弹力测量装置通常利用一个机械探头，此机械探头被驱动作周期性的振荡。机械探头与待测样本接触，样本的黏弹性会影响探头的运动状态。通过监控探头的运动状态便可以分析待测样本的黏弹性。一种现有的振动式黏弹力传感器，其结构类似于电动式扬声器。黏弹力传感器结构示意图与拆分示意图分别如图1、图2所示。永磁体在它与磁极间的气隙产生均一磁场；探针适配器分别黏附于一无支撑的线圈和环形弹簧组件的内圆；环形弹簧外圆起定位作用，它与磁极紧密结合，安装时使得上述线圈处于永磁体和磁极间气隙中均一磁场内。当上述线圈通过电流时，由于它处在磁场中，因而会受到磁力作用，从而带动探针适配器和环形弹簧组件一起运动。当线圈中通过一定频率的交流电流时，传感器的动件便会以这个频率发生振动。在进行黏弹力测量时，探针适配器通过头部安装的一次性探针与测样接触。测样的力学性质会影响传感器动件的运动状态，测样的弹性会影响传感器振动的共振频率，测样的黏性会影响线圈在电路中的等效阻抗。所以，通过监控测量过程中传感器的共振频率及线圈等效阻抗的变化，便可以表征测样粘弹力的变化。许多振动式黏弹力传感器的检测电路有分开的驱动部分和检测部分，驱动部分只负责驱动传感器振动，检测部分检测传感器运动状态，结构比较复杂。另一类的检测电路，驱动部分和检测部分共用一套电路，同时驱动传感器振动和检测其运动状态。这类电路的具体实现方式为将传感器线圈接入一个振荡电路，电路产生自激振荡，稳定于共振状态。这类电路的缺点是电路参数调整困难，并且很容易停振。另外，对于有分辨率和时间采样率的要求的测量结果，其中，分辨率包含频率分辨率和阻抗分辨率。阻抗分辨率主要由测量电路确定。频率分辨率的要求即每次频谱扫描时，扫描频率点的频率步进足够小，以使测量结果能表征足够小的共振频率变化。要提高频率分辨率首先直接数字频率合成器硬件上首先要支持足够小频率调节，其次测量方法中设置的扫描频率步长要足够小。单次频谱扫描时间主要取决于单个频率点的频率值、传感器阻抗测量所要求的建立周期数以及频率点数。频率点的值由共振频率位置决定，由传感器决定，该值无法改变。建立周期数由传感器决定，特别是高Q值器件需要较长的建立时间，该值无法改变。时间采样率的要求即在测量的黏弹力变化时间内，要获得足够多点数的共振频率和共振阻抗数据，以反映黏弹力随时间变化的更多细节。此即要求单次频谱扫描时间足够短。由此可见，频率分辨率和时间采样率的要求之间存在矛盾：要提高频率分辨率即要求更小的频率调节步长，相同扫描区间的情况下，必然要求更多的扫描频率点数，从而导致时间采样率的降低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供振动式黏弹力传感器的测量电路。本技术通过消除了数模转换器电压增益、第一缓冲放大器增益、乘法型数模转换器电压增益、第二缓冲放大器增益、电压控制电流源跨导增益漂移的影响，对激励信号幅值的漂移不敏感，以解决上述技术问题。本技术提供振动式黏弹力传感器的测量电路，包括调节电路、控制器、电压控制电流源、模拟开关、信号采集电路、模数转换器以及参考电阻，黏弹力传感器与所述电压控制电流源、模拟开关、以及参考电阻串联，所述调节电路分别连接所述控制器与电压控制电流源，所述模拟开关连接所述控制器，所述模拟开关用于控制黏弹力传感器与所述标准电阻的电流的通断；所述控制器调节所述调节电路使得所述电压控制电流源输出预设频率、相位和幅度的电流，以激励黏弹力传感器与所述参考电阻；所述信号采集电路用于采集并转换所述参考电阻与黏弹力传感器的测量数据信号，所述模数转换器接收所述信号采集电路转换后的信号，并对其进行数字转换后发送给所述控制器。优选地，所述调节电路包括直接数字频率合成器、数模转换器、重构滤波器以及乘法型数模转换器；所述直接数字频率合成器与乘法型数模转换器分别连接所述控制器，所述控制器通过分别调节所述直接数字频率合成器与乘法型数模转换器以使得所述电压控制电流源输出预设的频率、相位与幅度；所述数模转换器接收所述直接数字频率合成器输出的数字化的正弦信号并将其转换为模拟的正弦信号；所述重构滤波器将所述数模转换器输出的模拟的正弦信号进行过滤。优选地，所述调节电路还包括时钟基准、第一缓冲放大器以及第二缓冲放大器，所述时钟基准输出的时钟信号用于所述直接数字频率合成器的时序基准；所述第一缓冲放大器与第二缓冲放大器分别连接所述重构滤波器与乘法型数模转换器，所述重构滤波器的输出信号通过所述第一缓冲放大器后将信号输入给所述乘法型数模转换器内；所述乘法型数模转换器的输出信号通过所述第二缓冲放大器后输入所述电压控制电流源。优选地，所述信号采集电路包括第一通道电路与第二通道电路，所述第一通道电路与第二通道电路的一端分别连接黏弹力传感器与所述参考电阻；所述第一通道电路与第二通道电路分别将黏弹力传感器与所述参考电阻的测量信号转换为直流电压信号，并将转换后的所述直流电压信号发送给所述模数转换器。优选地，所述第一通道电路包括黏弹力传感器、第一仪表放大器以及第一真有效值转换器，所述第一仪表放大器连接黏弹力传感器，所述第一真有效值转换器位于所述第一仪表放大器与所述模数转换器之间；所述第二通道电路包括所述参考电阻、第二仪表放大器以及第二真有效值转换器，所述第二仪表放大器连接所述参考电阻，所述第二真有效值转换器位于所述第二仪表放大器与所述模数转换器之间；所述第一仪表放大器与第二仪表放大器分别用于放大黏弹力传感器的两端与参考电阻的两端的电压差，得到第一正弦交流电压的幅值与第二正弦交流电压的幅值；所述第一真有效值转换器与第二真有效值转换器分别用于将所述第一正弦交流电压的幅值与第二正弦交流电压的幅值分别转换为第一直流电压信号与第二直流电压信号；所述模数转换器接收所述第一直流电压信号与第二直流电压信号并对二者进行数字转换。振动式黏弹力传感器的测量设备，所述测量设备包括振动式黏弹力传感器的测量电路；所述测量设备执行振动式黏弹力传感器的测量方法。相比现有技术，本技术的有益效果在于：本技术公开了振动式黏弹力传感器的测量电路，该电路通过消除了数模转换器电压增益、第一缓冲放大器增益、乘法型数模转换器电压增益、第二缓冲放大器增益、电压控制电流源跨导增益漂移的影响，对激励信号幅值的漂移不敏感即该电路使得测量结果对大部分的电路参数的漂移不敏感；该电路测得信号正比于传感器阻抗，不需要做复杂的变换，减小计算复杂度的同时也对提高精度有益，且电路结构简单，传感器工作点设置方便，适应于多种待测样本而不易停振。振动式黏弹力传感器的测量方法平衡了扫描时的频率分辨率和时间上的采样率之间的矛盾，可以获得具有较好的频率分辨率和较高时间采样率的效果。上述说明仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.振动式黏弹力传感器的测量电路，其特征在于，包括调节电路、控制器、电压控制电流源、模拟开关、信号采集电路、模数转换器以及参考电阻，黏弹力传感器与所述电压控制电流源、模拟开关、以及参考电阻串联，所述调节电路分别连接所述控制器与电压控制电流源，所述模拟开关连接所述控制器，所述模拟开关用于控制黏弹力传感器与所述参考电阻的电流的通断；/n所述控制器调节所述调节电路使得所述电压控制电流源输出预设频率、相位和幅度的电流，以激励黏弹力传感器与所述参考电阻；/n所述信号采集电路用于采集并转换所述参考电阻与黏弹力传感器的测量数据信号，所述模数转换器接收所述信号采集电路转换后的信号，并对其进行数字转换后发送给所述控制器。/n

【技术特征摘要】
1.振动式黏弹力传感器的测量电路，其特征在于，包括调节电路、控制器、电压控制电流源、模拟开关、信号采集电路、模数转换器以及参考电阻，黏弹力传感器与所述电压控制电流源、模拟开关、以及参考电阻串联，所述调节电路分别连接所述控制器与电压控制电流源，所述模拟开关连接所述控制器，所述模拟开关用于控制黏弹力传感器与所述参考电阻的电流的通断；
所述控制器调节所述调节电路使得所述电压控制电流源输出预设频率、相位和幅度的电流，以激励黏弹力传感器与所述参考电阻；
所述信号采集电路用于采集并转换所述参考电阻与黏弹力传感器的测量数据信号，所述模数转换器接收所述信号采集电路转换后的信号，并对其进行数字转换后发送给所述控制器。


2.如权利要求1所述的振动式黏弹力传感器的测量电路，其特征在于，所述调节电路包括直接数字频率合成器、数模转换器、重构滤波器以及乘法型数模转换器；
所述直接数字频率合成器与乘法型数模转换器分别连接所述控制器，所述控制器通过分别调节所述直接数字频率合成器与乘法型数模转换器以使得所述电压控制电流源输出预设的频率、相位与幅度；
所述数模转换器接收所述直接数字频率合成器输出的数字化的正弦信号并将其转换为模拟的正弦信号；
所述重构滤波器将所述数模转换器输出的模拟的正弦信号进行过滤。


3.如权利要求2所述的振动式黏弹力传感器的测量电路，其特征在于，所述调节电路还包括时钟基准、第一缓冲放大器以及第二缓冲放大器，所述时钟基准输出的时钟信号用于所述直接数字频率合成器的时序基准；
所述第一缓冲放大器与第二缓冲放大器分别连接所述重构滤波器与乘法型数模转换器，所述重构滤波器的输出信号通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱俊，杨维，孙海旋，王弼陡，闫雪松，王钟周，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，苏州中科医疗器械产业发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32