【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器信号精密测量，具体涉及一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统及方法。
技术介绍
1、温度是表征物体冷热状态的物理参数，其高低直接影响了物体特性，如水、空气、金属等。在国民生产的各个领域，温度均起到了重要作用。化工生产中，蒸馏方法依赖于不同温度分离复杂混合物，并获取到不同纯度、不同成分、不同种类的生产材料；智慧农业中，无人机利用红外相机实时监测种植区域地表温度，根据不同种类农作物的种植需求合理灌溉；工业生产中，储罐智能控制系统通过监测工业储罐温度及时指示安全隐患，避免危险事故发生。温度在生产实践中起到了关键性作用，在某些特殊应用场合甚至起到了决定性作用，因此，精准测温一直是仪器仪表领域重要的研究方向。
2、铂电阻pt1000具有精准度高、量程大、重复性好等优点，这为目标温度微弱变化检测奠定了良好基础，基于铂电阻的微弱信号检测方法被广泛应用于精密测温方法。因此，影响测温精准性和可靠性的关键在于测量方法及其固有误差消除。惠斯通电桥善于检测微弱阻值变化，但测温电路输出非线性会提升测温值解算模型复杂度并降低测温可靠性；激励惠斯通电桥的恒压源输出电压存在波动，这会导致惠斯通电桥输出采样时刻和激励时刻不同步进而引入非同步采样误差；测温电桥输出需经差分放大电路进一步调理，其输出失调电压会损失掉部分输入信号导致测量偏差。因此，抑制测温电路输出非线性、消除非同步采样误差和测量偏差是提升精密测温的精准性和可靠性的重要途径。
3、基于此，提出了一种基于调向激励控制惠斯通电桥的高精度测温系统，针对性地消除
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决由于传统基于惠斯通电桥的测温电路的输出非线性、非同步采样误差以及差分放大电路输出失调电压导致存在温度测量偏差的问题，而提出了一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统及方法，以提高测温的精准性和可靠性。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
3、基于本专利技术的一个方面，一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，所述系统包括惠斯通电桥、调向激励控制模块、差分放大器、模数转换器、电阻解算模块、温度解算模块和巴特沃斯数字滤波器；其中：
4、所述惠斯通电桥包括恒压源、第一测量桥臂和第二测量桥臂，第一测量桥臂上包括电阻r1和r3，第二测量桥臂上包括电阻r2和r4；
5、其中，电阻r1、电阻r2和电阻r3均为定值电阻，电阻r4为铂电阻pt1000；
6、所述惠斯通电桥中的电阻r4用于感知目标温度；
7、所述调向激励控制模块用于对惠斯通电桥进行正向激励和反向激励；
8、正向激励模式下的第一测量桥臂参考点的电压和第二测量桥臂参考点的电压输入到差分放大器后，获得正向激励模式下差分放大器的输出电压；
9、反向激励模式下的第一测量桥臂参考点的电压和第二测量桥臂参考点的电压输入到差分放大器后，获得反向激励模式下差分放大器的输出电压；
10、所述模数转换器用于同步采样正向激励模式下的恒压源电压和差分放大器的输出电压，还用于同步采样反向激励模式下的恒压源电压和差分放大器的输出电压；
11、所述电阻解算模块用于根据模数转换器的采样结果计算电阻r4的值；
12、所述温度解算模块用于根据电阻r4解算出目标温度初始值t′；
13、所述巴特沃斯数字滤波器用于对温度解算模块解算出的目标温度初始值t′进行处理，得到目标温度检测结果。
14、基于本专利技术的另一个方面，一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，所述方法具体包括以下步骤：
15、步骤一、利用惠斯通电桥中的铂电阻pt1000作为温度传感器来感知目标温度；
16、步骤二、利用恒压源dc对惠斯通电桥进行正向激励，将正向激励模式下第一测量桥臂上参考点的电压和第二测量桥臂上参考点的电压作为差分放大器af的输入，并利用模数转换器同步采样正向激励模式下的恒压源电压和差分放大器的输出电压，将采样的差分放大器af的输出记为uz(t)，将采样的恒压源电压记为uz；
17、步骤三、利用恒压源dc对惠斯通电桥进行反向激励，将反向激励模式下第一测量桥臂上参考点的电压和第二测量桥臂上参考点的电压作为差分放大器af的输入，并利用模数转换器同步采样反向激励模式下的恒压源电压和差分放大器的输出电压，将采样的差分放大器af的输出记为uf(t)，将采样的恒压源电压记为uf；
18、步骤四、利用采样的uz(t)、uz、uf(t)和uf计算铂电阻pt1000的阻值r4；
19、步骤五、根据步骤四中计算出的阻值r4解算出目标温度初始值t′，将解算出的目标温度初始值作为一次采样获得的目标温度初始值；
20、步骤六、利用巴特沃思数字滤波器对目标温度初始值t′进行处理，得到处理后的目标温度滤波值t″，即将处理后的目标温度滤波值t″作为一次采样获得的目标温度滤波值；
21、步骤七、采用步骤二至步骤六的方法分别获得各次采样对应的目标温度滤波值，直至目标温度滤波值收敛时停止采样，将最后一次采样获得的目标温度滤波值作为温度检测结果。
22、本专利技术的有益效果是：
23、本专利技术基于惠斯通电桥精准测量铂电阻pt1000的电阻变化检测微弱温度的变化，并构建了桥臂电阻值优选策略来抑制输出非线性，降低了测温值解算模型复杂度并提升了精密测温的可靠性；基于模数转换器同步采样和调向激励控制方法消除了因信号采样不同步导致的非同步采样误差，抵消了因差分放大器固有输出失调电压而导致的测量偏差，进一步提升了测温精准性；优化设计了精密测温方法参数，较好地抑制测温电路输出非线性、消除了非同步采样误差和测量偏差，且测温精度优于±0.001℃，简化了测温电路复杂度并降低了实现难度，对于拓展精密测温方法在精密温度测量领域的应用来说具有重要意义。
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1.一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述系统包括惠斯通电桥、调向激励控制模块、差分放大器、模数转换器、电阻解算模块、温度解算模块和巴特沃斯数字滤波器；其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述铂电阻PT1000的阻值为：R4＝R0(1+AT+BT2)，其中，A和B为系数，T为目标温度，R0＝1000Ω。
3.根据权利要求2所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述电阻R1和R2满足R1＝R2＞＞R0。
4.一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述正向激励模式下差分放大器AF的输出UZ(t)为：
6.根据权利要求5所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述反向激励模式下差分放大器AF的输出UF(t)为：
7.根据权利要求6所述的一种基于调向激励控制惠斯通
8.根据权利要求7所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述利用采样的UZ(t)、UZ、UF(t)和UF计算铂电阻PT1000的阻值R4，具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：
10.根据权利要求9所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述巴特沃思数字滤波器的工作过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述系统包括惠斯通电桥、调向激励控制模块、差分放大器、模数转换器、电阻解算模块、温度解算模块和巴特沃斯数字滤波器；其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述铂电阻pt1000的阻值为：r4＝r0(1+at+bt2)，其中，a和b为系数，t为目标温度，r0＝1000ω。
3.根据权利要求2所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量系统，其特征在于，所述电阻r1和r2满足r1＝r2＞＞r0。
4.一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于调向激励控制惠斯通电桥的温度测量方法，其特征在于，所述正向激励模式下差分...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐兵，金莫寒，程建华，肖云熙，田昊，李鹏，丁继成，杨福鑫，贾春，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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