模拟信号检测装置及方法与流程

1.本技术涉及电路检测技术领域，具体而言，涉及一种模拟信号检测装置及方法。


背景技术：

2.目前，当检流器件在对实际电流进行采集时，会输出一个模拟信号，由于该模拟信号的幅值非常小(uv、ua级的)，往往需要放大才能够被模拟-数字信号转换器(adc)分辨，从而得到准确的读数。
3.对于较宽范围的电流检测，检流器件输出的模拟信号幅值范围比较宽，往往无法兼顾大、小量程的精度，最终的结果就是在小电流段精度比较高，而无法测量到较大的电流，或者是能精确的测量到大的电流，而降低了小电流的检测精度。如何确保全量程的检测精度，达到设计要求，是目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种模拟信号检测装置及方法，用以解决不同幅值的模拟信号的检测精度的问题。
5.主要包括以下几个方面：
6.第一方面，本技术提供一种模拟信号检测装置，所述装置包括：增益调节模块、转换模块以及控制模块；
7.所述增益调节模块、转换模块以及控制模块依次连接；
8.所述增益调节模块用于获取第一模拟信号并基于第一预设增益调节所述第一模拟信号，得到第二模拟信号；
9.所述转换模块用于将所述第二模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输给所述控制模块；
10.所述控制模块用于基于所述数字信号，对所述数字信号对应的所述第一模拟信号的档位归属进行无级调节，根据预设精度计算所述第一模拟信号的第二预设增益，并控制所述增益调节模块基于所述第二预设增益调节所述第一模拟信号，得到第三模拟信号。
11.本技术实施例提供的模拟信号检测装置，先基于第一预设增益调节第一模拟信号，得到第二模拟信号，控制模块基于第二模拟信号对应的数字信号对第一模拟信号的档位归属进行无级调节，即控制模块提供不同的增益，直至基于某个增益得到的第三模拟信号满足预设精度，该增益即为第二预设增益，控制模块控制增益调节模块基于第二预设增益调节第一模拟信号，得到满足预设精度的第三模拟信号，通过模拟信号检测装置可以对第一模拟信号的放大增益进行无级调节，得到满足预设精度的第三模拟信号，提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
12.在一些可选的实现方式中，所述装置还包括输出限幅模块；
13.所述输出限幅模块的输入端与所述增益调节模块连接，所述输出限幅模块的输出端与所述转换模块连接，用于限制所述第二模拟信号或第三模拟信号的幅值。
14.在上述实现方式中，通过输出限幅模块可以对增益调节模块输出的第二模拟信号或第三模拟信号进行限幅，避免第二模拟信号或第三模拟信号幅值过大损坏后续电路，提高了模拟信号检测装置的安全性。
15.在一些可选的实现方式中，所述装置还包括采样模块；
16.所述采样模块和所述增益调节模块连接，用于采集所述第一模拟信号，并传输给所述增益调节模块。
17.在上述实现方式中，通过采样模块采集第一模拟信号，并传输给增益调节模块，可以采集到有效的第一模拟信号，方便后续对第一模拟信号进行检测。
18.在一些可选的实现方式中，所述采样模块包括采样电阻；
19.所述采样电阻与待检测电路连接，用于采集所述第一模拟信号。
20.在上述实现方式中，通过采样电阻采集待检测电路中的第一模拟信号，可以采集到有效的第一模拟信号。
21.在一些可选的实现方式中，其中，所述采样模块在预设时间内进行连续采样，得到多组所述第一模拟信号。
22.在上述实现方式中，采样模块采集多组第一模拟信号，避免由于待检测电路的波动而引起的误差，可以提高模拟信号检测装置的检测精度。
23.在一些可选的实现方式中，所述控制模块包括多个档位单元，其中，每个档位单元与所述第一模拟信号的幅值相对应；
24.所述多个档位单元对应多个增益，用于对所述第一模拟信号进行不同的增益调节。多个档位单元即为无级调节的一种可实现的方式——多级调节，当若控制模块中的档位单元为有限个时，无级调节则可以称为多级调节，由此控制模块还可以对第一模拟信号进行多级调节，从而提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
25.在上述实现方式中，第一模拟信号的幅值、多个档位单元以及多个增益一一对应，控制模块可以基于多个档位单元对第一模拟信号进行多级调节，即可以基于多个增益对第一模拟信号进行放大，可以有效提高模拟信号检测装置的检测精度。
26.在一些可选的实现方式中，其中，所述控制模块还用于判断所述第一模拟信号基于当前的档位单元得到的第三模拟信号是否满足预设精度，若不满足，切换下一档位单元，直至所述第三模拟信号满足预设精度；
27.所述当前的档位单元根据所述第一模拟信号的幅值确定。
28.在上述实现方式中，控制模块在第三模拟信号不满足预设精度时切换下一档位，直至第三模拟信号满足预设精度，可以有效提高模拟信号检测装置的检测精度。
29.在一些可选的实现方式中，所述装置还包括滤波模块；
30.所述滤波模块与所述增益调节模块、输出限幅模块以及控制模块连接，用于对所述增益调节模块、输出限幅模块以及控制模块进行滤波。
31.在上述实现方式中，滤波模块可以对增益调节模块、输出限幅模块以及控制模块进行滤波，可以提高第一模拟信号、第二模拟信号或第三模拟信号的稳定性。
32.在一些可选的实现方式中，所述装置还包括复位模块；
33.所述复位模块与所述控制模块连接，用于上电时复位所述控制模块。
34.在上述实现方式中，复位模块在模拟信号检测装置上电时复位控制模块，可以使
控制模块处于原始状态，方便后续操作。
35.第二方面，本技术实施例提供一种模拟信号检测方法，所述方法应用于模拟信号检测装置，所述模拟信号检测装置包括：增益调节模块、转换模块以及控制模块；所述方法包括：
36.通过所述增益调节模块获取第一模拟信号并基于第一预设增益调节所述第一模拟信号，得到第二模拟信号；
37.通过所述转换模块将所述第二模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输给所述控制模块；
38.通过所述控制模块基于所述数字信号，对所述数字信号对应的所述第一模拟信号的档位归属进行无级调节，根据预设精度计算所述第一模拟信号的第二预设增益，并控制所述增益调节模块基于所述第二预设增益调节所述第一模拟信号，得到第三模拟信号。
39.本技术实施例提供的模拟信号检测方法，先基于第一预设增益调节第一模拟信号，得到第二模拟信号，控制模块基于第二模拟信号对应的数字信号对第一模拟信号的档位归属进行无级调节，即控制模块提供不同的增益，直至基于某个增益得到的第三模拟信号满足预设精度，该增益即为第二预设增益，控制模块控制增益调节模块基于第二预设增益调节第一模拟信号，得到满足预设精度的第三模拟信号，通过模拟信号检测装置可以对第一模拟信号的放大增益进行无级调节，得到满足预设精度的第三模拟信号，提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
40.第三方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
42.图1为本技术实施例提供的模拟信号检测装置的结构示意图；
43.图2为本技术实施例提供的另一种模拟信号检测装置的结构示意图；
44.图3为本技术实施例提供的控制模块多级调节的流程图；
45.图4为本技术实施例提供的模拟信号检测方法的流程图。
46.图标：100-模拟信号检测装置；102-模拟信号检测装置；110-增益调节模块；120-转换模块；130-控制模块；140-输出限幅模块；150-采样模块；160-滤波模块；170-复位模块。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对本技术的实施例的详细描述并非
旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.申请人在研究的过程中发现：电源的输出电流高达数千安培，0-10000a的电流输出范围或更大的范围让电源设计者一方面要兼顾上限大电流的采样要求同时兼顾下限小电流的采样要求，不得不在设计上做折中的处理，从而牺牲小电流采样的精度问题，达不到设计要求。
49.有基于此，本技术实施例提供一种模拟信号检测装置，装置包括增益调节模块、转换模块以及控制模块，模拟信号检测装置先基于第一预设增益调节第一模拟信号，得到第二模拟信号，控制模块基于第二模拟信号对应的数字信号对第一模拟信号的档位归属进行无级调节，控制增益调节模块基于第二预设增益调节调节第一模拟信号，得到满足预设精度的第三模拟信号，通过模拟信号检测装置可以对第一模拟信号的放大增益进行无级调节，提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
50.本技术实施例提供一种模拟信号检测装置100，请参看图1，图1为本技术实施例提供的模拟信号检测装置的结构示意图。该模拟信号检测装置100包括：增益调节模块110、转换模块120以及控制模块130。
51.其中，增益调节模块110、转换模块120以及控制模块130依次连接。
52.增益调节模块110用于获取第一模拟信号并基于第一预设增益调节第一模拟信号，得到第二模拟信号。
53.示例性地，增益调节模块110可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，也可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
54.示例性地，第一模拟信号可以是电流或电压，第二模拟信号也可以是电流或电压。
55.示例性地，增益是指对元器件、电路、设备或系统中，其电流、电压或功率增加的程度。在一个实施例中，第一预设增益可以是将第一模拟信号放大一倍，也可以是将第一模拟信号放大多倍。
56.转换模块120用于将第二模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传输给控制模块。
57.示例性地，转换模块120也可以是一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。转换模块120对第二模拟信号取样、保持、量化及编码得到数字信号。在一个实例中，转换模块120可以是分辨率为24位的adc芯片，即该adc芯片能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2
24
。
58.控制模块130用于基于数字信号，对数字信号对应的第一模拟信号的档位归属进行无级调节，根据预设精度计算第一模拟信号的第二预设增益，并控制增益调节模块110基于第二预设增益调节第一模拟信号，得到第三模拟信号。
59.示例性地，控制也可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，也可以是通用
处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
60.示例性地，无级调节得到的增益理论上可以是存在无穷多的增益，例如1:1、1:2、1:3
……
1:999999、1:1000000。采用无级调节可以对第一模拟信号的调节增益实现平滑调节，得到满足预设精度的第三模拟信号。
61.示例性地，控制模块130可以对第一模拟信号进行无级调节，即控制模块130通过提供不同的增益，不断对第一模拟信号基于增益调节，直至基于某个增益得到的第三模拟信号满足预设精度，该增益为控制模块130计算得到的第二预设增益，控制模块130控制增益调节模块110基于第二预设增益调节第一模拟信号，得到满足预设精度的第三模拟信号，通过模拟信号检测装置可以对第一模拟信号的放大增益进行无级调节，提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
62.请参看图2，图2为本技术实施例提供的另一种模拟信号检测装置的结构示意图；
63.可选地，本技术实施例提供另一种模拟信号检测装置102，模拟信号检测装置还可以包括：输出限幅模块140。
64.其中，输出限幅模块140的输入端与增益调节模块110连接，输出限幅模块140的输出端与转换模块120连接，用于限制第二模拟信号或第三模拟信号的幅值。
65.示例性地，输出限幅模块140可以限制增益调节模块110输出的第二模拟信号或第三模拟信号的幅值，避免转换模块120因为增益调节模块110的误动而损坏，提高了模拟信号检测装置102的安全性。
66.示例性地，输出限幅模块140可以包括限幅电阻和限幅二极管，输出限幅模块140可以设定一个上限电压，在第二模拟信号或第三模拟信号的幅值低于上限电压时，输出第二模拟信号或第三模拟信号，在第二模拟信号或第三模拟信号的幅值达到或超过上限电压时，输出限幅模块140的输出电压将保持为一个固定值，保护后续的转换模块不因电压过大而损坏。
67.可选地，模拟信号检测装置102还可以包括采样模块150，采样模块150和增益调节模块110连接，用于采集第一模拟信号，并传输给增益调节模块110。
68.示例性地，采样模块150可以包括电流互感器和高精度低温漂电阻，其中，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器，高精度低温漂电阻是电阻值在温度上升或下降时变化程度小的高精度电阻。电流互感器采集到电流，基于初、次级的配置比例缩放电流，并通过高精度低温漂电阻将其转变为相应的电压信号，传输至增益调节模块110。
69.示例性地，采样模块150也可以包括霍尔电流传感器和高精度低温漂电阻，采样模块150也可以包括磁通门电路传感器和高精度低温漂电阻。采样模块150中使用霍尔电流传感器和磁通门电路传感器的原理类似电流互感器的原理，在此不再重复赘述。
70.可选地，采样模块150可以包括采样电阻，其中，采样电阻与待检测电路连接，用于采集第一模拟信号。
71.示例性地，采样电阻串联于待检测电路中，待检测电路中的电流流过采样电阻，采样电阻上的电压即为第一模拟信号。
72.示例性地，采样模块150也可以包括分流器，分流器是一种测量直流电流用的仪器，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。分流器在使用时串联在待检测电路中，待检测电路中的电流流过分流器，分流器两端产生毫伏级直流电压信号，使并接在该分流器两端的计量表指针摆动，该读数就是该直流电路里的电流值。
73.可选地，采样模块在预设时间内进行连续采样，得到多组第一模拟信号。
74.示例性地，预设时间可以是10ms，预设时间也可以是1ms，采样模块在预设时间内多次采样，获取多组第一模拟信号，避免由于待检测电路的波动而引起的误差，可以提高模拟信号检测装置的检测精度。
75.如图3所示，图3为本技术实施例提供的控制模块多级调节的流程图。
76.可选地，控制模块130还可以包括多个档位单元，其中，每个档位单元与第一模拟信号的幅值相对应。多个档位单元对应多个增益，用于对第一模拟信号进行不同的增益调节。
77.可选地，控制模块130还用于判断第一模拟信号基于当前的档位单元得到的第三模拟信号是否满足预设精度，若不满足，切换下一档位单元，直至第三模拟信号满足预设精度，当前的档位单元根据第一模拟信号的幅值确定。
78.示例性地，无级调节的一种可实现的方式为多级调节，即若控制模块130中的档位单元为有限个时，无级调节则可以称为多级调节，由此控制模块130还可以对第一模拟信号进行多级调节，控制模块130中有多个档位单元，每个档位单元与第一模拟信号的幅值相对应，控制模块130基于第一模拟信号的幅值确定当前的档位单元，当前的档位单元对应于一个预设增益值，控制模块130控制增益调节模块110基于该预设增益值调节第一模拟信号，得到一个第三模拟信号，判断第三模拟信号是否满足预设精度，若第三模拟信号满足预设精度，输出第三模拟信号。若第三模拟信号不满足预设精度，则控制模块130切换至下一档位单元，控制增益调节模块110基于下一档位单元对应的预设增益值调节第一模拟信号，得到第三模拟信号，并继续判断第三模拟信号的精度，直至第三模拟信号满足预设精度，输出第三模拟信号。
79.示例性地，控制模块130可以通过三根数据线(a0、a1、a2)控制增益调节模块110，其中，a0、a1、a2可以提供8种运放增益比例，例如1:10、1:100以及1:1000等。在一个实例中，模拟信号检测装置102的检测范围可以是0-10000a，若第一模拟信号为0.1a，其中，0.1a为按照第一预设增益获得的一个粗略值，控制模块130可以控制增益调节模块110按照1:100的增益比例放大第一模拟信号，得到的第三模拟信号可以为0.10a，若预设精度为1％，则可以输出第三模拟信号。若预设精度为0.1％，则需要控制模块130控制增益调节模块110再按照1:1000的增益比例放大第一模拟信号，得到的第三模拟信号可以为0.102a。其中，预设精度可以按照技术人员的需求设定。
80.示例性地，控制模块130通过对第一模拟信号的多级调节，得到满足预设精度的第三模拟信号，可有效提高模拟信号检测装置的检测精度。
81.可选地，模拟信号检测装置102还可以包括滤波模块160，滤波模块160与增益调节模块110、输出限幅模块140以及控制模块130连接，用于对增益调节模块110、输出限幅模块
140以及控制模块130进行滤波。
82.示例性地，滤波模块160可以是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，可以对增益调节模块110、输出限幅模块140以及控制模块130中的特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号或消除一个特定频率后的电源信号，提高第一模拟信号、第二模拟信号或第三模拟信号的稳定性。
83.可选地，模拟信号检测装置102还可以包括复位模块170，复位模块170与控制模块130连接，用于上电时复位控制模块130。
84.示例性地，复位模块170可以集成到控制模块130内部，包括一个por电路，在模拟信号检测装置102上电时复位控制模块130的状态。
85.示例性地，复位模块170也可以包括按键复位电路，在必要时可由技术人员手动操作，对控制模块130的状态进行复位，可以使控制模块130恢复到原始状态。方便后续操作。
86.基于同一申请构思，本技术实施例中还提供了与模拟信号检测装置对应的模拟信号检测方法，由于本技术实施例中的方法解决问题的原理与前述的模拟信号检测装置实施例相似，因此本实施例中的方法的实施可以参见上述装置的实施例中的描述，重复之处不再赘述。
87.请参看图4，图4为本技术实施例提供的模拟信号检测方法的流程图。
88.本技术实施例提供了一种模拟信号检测方法，该方法应用于模拟信号检测装置，模拟信号检测装置包括：增益调节模块、转换模块以及控制模块。模拟信号检测方法包括步骤210至步骤230。
89.步骤210、通过增益调节模块获取第一模拟信号并基于第一预设增益调节所述第一模拟信号，得到第二模拟信号。
90.步骤220、通过转换模块将第二模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传输给控制模块。
91.步骤230、通过控制模块基于数字信号，对数字信号对应的第一模拟信号的档位归属进行无级调节，根据预设精度计算第一模拟信号的第二预设增益，并控制增益调节模块基于第二预设增益调节第一模拟信号，得到第三模拟信号。
92.本技术实施例提供的模拟信号检测方法，先基于第一预设增益调节第一模拟信号，得到第二模拟信号，控制模块基于第二模拟信号对应的数字信号对第一模拟信号的档位归属进行无级调节，控制增益调节模块基于第二预设增益调节调节第一模拟信号，得到满足预设精度的第三模拟信号，通过模拟信号检测装置可以对第一模拟信号的放大增益进行无级调节，提高了不同幅值的模拟信号的检测精度。
93.此外，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法任一方法的步骤。
94.本技术实施例所提供的模拟信号检测方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的模拟信号检测方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。
95.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、
功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
96.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
97.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
98.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
99.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。