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一种冲击波 传感器多路供电系统

阅读：777发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种冲击波传感器多路供电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种冲击波传感器多路供电系统，包括：恒流源供电模块，由跟随器电路、差分放大电路和信号采样电路构成；所述跟随器电路设有的放大器 U1、电阻 R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C1共同构成了电压跟随器；所述电阻R1右端输入电压为系统中模数转换芯片输出的参考基准电压，大小为2.5V；所述放大器U2的输出电压与电阻R1右端的输入电压相等，都为2.5V；所述恒流源供电模块中设有的放大器U2及其电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9构成了差分放大电路，实现了采用3.3V、5V以及30V的三种不同电源很好地稳压和升压对不同的器件同时供电。，下面是一种冲击波传感器多路供电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，包括：
恒流源供电模块，由跟随器电路、差分放大电路和信号采样电路构成；
所述跟随器电路设有的放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C1共同构成了电压跟随器；
所述电阻R1右端输入电压为系统中模数转换芯片输出的参考基准电压；
所述恒流源供电模块中设有的放大器U2及其电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9构成了差分放大电路；
所述放大器U2的输出电压与电阻R1右端的输入电压相等；
电源管理模块，包括30V供电电路、3.3V供电电路和5V供电电路；
30V供电电路，设有SR锁存器、电源开关、内部检测电阻、放大器A3、放大器A4和斜坡发生器；
所述SR锁存器置1使电源开关打开，开关电流流过内部检测电阻，在检测电阻两端产生与电流成比例的电压，该电压在被放大器A4放大后与斜坡发生器的输出相加，并输入放大器A3的正相输入端；
3.3V供电电路设有升降压电源转换器、电阻分压器；
所述升降压电源转换器的输入端使用电池作为电源向3.3V供电电路中的其他器件供电；
所述电阻分压器由电阻R1和电阻R2构成；
所述电阻R1和电阻R2为分压短阻，通过设置电阻R1和电阻R2的阻值对升降压电源转换器的输出电压进行调整；
5V供电电路，设有电容电压转换器和功率保护电路，该电容电压转换器在2.7V至5.5V输入电压下提供5V的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，所述放大器A3正相输入端的输入电压超过负相输入端的输入电压时，所述SR锁存器复位，电源开关被关闭，并通过改变电阻的大小对输出电压进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，所述差分放大电路的输出端OUT引脚的电压等于所述电阻R6右端的输出电压与电阻R1右端的输入电压差；
所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压还等于所述电阻R6右端的输出电压与放大器U2的输出电压差。
4.根据权利要求1所述的一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，所述电容电压转换器电连接保护电路；其中，
该保护电路分别由电容同向串联两个二极管和电容反向串联两个二极管组成，正向大电流导通同向串联的二极管后接地，保护后续电路；
反向小电流截止反向串联的二极管后接地，用于保护端口允许输入不超过+37dB的大功率信号不烧毁。
5.根据权利要求1所述的一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，所述恒流源供电模块，还包括：
信号采样电路，设有RC滤波器、低通滤波器和割除偏置电压的隔直电容，信号在经过隔直电容C2将偏置电压隔除后，对采集到的信号进行转换。
6.根据权利要求5所述的一种冲击波传感器多路供电系统，其特征在于，所述采样电路中的电阻R14和C3共同组成了RC滤波电路；
所述采样电路中的电阻R15和C4共同组成了低通滤波电路，滤除低频段的混频信号。

说明书全文

一种冲击波传感器多路供电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及供电技术领域，具体是一种冲击波传感器多路供电系统。

背景技术

[0002] 军事武器中的爆炸物更新迅速，种类层出不穷，爆炸条件以及摧毁目标也不尽相同，这使得冲击波毁伤数据采集装置需要有强大的通用性和适应性，这是冲击波超压数据采集装置的研制需要满足的主要目标，信号采集装置的快速发展为冲击波毁伤动态测试和冲击波毁伤实时数据处理打下一个坚实的基础；

[0003] 需要用传感器对爆炸冲击波数据进行采集，使用冲击波传感器采集数据，目前技术对传感器的使用提供的恒流电源不够稳定；整个系统中各部分器件对于电源的要求并不相同，在采集装置的工作过程中需要3.3V、5V以及30V的电源向各个部分进行供电，目前的供电技术不能很好地同时采用3.3V、5V以及30V的电源很好地稳压和升压对不同的器件同时供电，不利于冲击波传感器领域的发展，急需对现有技术进行改革。

发明内容

[0004] 本发明克服现有冲击波传感器供电的技术存在的问题，尤其是不能很好地同时采用3.3V、5V以及30V的电源很好地稳压和升压对不同的器件同时供电的问题，本发明提供一种冲击波传感器多路供电系统。

[0005] 在一些可选实施例中，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种冲击波传感器多路供电系统，包括：

[0007] 恒流源供电模块，由跟随器电路、差分放大电路和信号采样电路构成；

[0008] 所述跟随器电路设有的放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C1共同构成了电压跟随器；

[0009] 所述电阻R1右端输入电压为系统中模数转换芯片输出的参考基准电压，大小为2.5V；

[0010] 所述放大器U2的输出电压与电阻R1右端的输入电压相等，都为2.5V；

[0011] 跟随器电路输入的阻抗高，输出的阻抗低，在电路中间接的起到阻抗匹配的作用，使得后一级的差分放大电路更好的工作；提供稳定的恒流电流来驱动传感器工作；

[0012] 所述恒流源供电模块中设有的放大器U2及其电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9构成了差分放大电路；

[0013] 所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压等于所述电阻R6右端的输出电压与电阻R1右端的输入电压差；所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压还等于所述电阻R6右端的输出电压与放大器U2的输出电压差；

[0014] 流经差分放大电路中电阻R10的电流，刚好符合本系统所选用的ICP113B26压电晶体传感器的工作需求，可以为该传感器提供稳定的恒流电源；

[0015] 所述信号采样电路设有割除偏置电压的隔直电容、RC滤波器和低通滤波器，信号在经过隔直电容C2将偏置电压隔除后，对采集到的信号进行转换，其中，[0016] 所述电阻R14和电容C3共同组成了RC滤波电路，且R15和C4共同组成了低通滤波电路；滤除低频段的混频信号，使得输出信号与模数转换芯片的输入端相匹配；

[0017] 电源管理模块，包括30V供电电路、3.3V供电电路和5V供电电路

[0018] 30V供电电路，设有SR锁存器、电源开关、内部检测电阻、放大器A3、放大器A4和斜坡发生器；

[0019] 所述SR锁存器置1使电源开关Q1打开，开关电流流过内部检测电阻，在检测电阻两端产生与电流成比例的电压，该电压在被放大器A4放大后与斜坡发生器的输出相加，并输入放大器A3的正相输入端；

[0020] 30V供电电路电源输出有效的为本系统的传感器适配电路提供电源；

[0021] 3.3V供电电路设有升降压电源转换器、电阻分压器；

[0022] 所述升降压电源转换器的输入端使用电池作为电源向3.3V供电电路中的其他器件供电；

[0023] 所述电阻分压器由电阻R1和电阻R2构成，所述电阻R1和电阻R2为分压短阻，通过设置电阻R1和电阻R2的阻值对升降压电源转换器的输出电压进行调整；

[0024] 5V供电电路，设有电容电压转换器和功率保护电路，该电容电压转换器在2.7V至5.5V输入电压下提供5V的输出电压；

[0025] 所述电容电压转换器电连接保护电路，该保护电路分别由电容同向串联两个二极管和电容反向串联两个二极管组成，正向大电流导通二极管后接地，反向小电流截止接地，用于保证端口允许输入不超过+37dB的大功率信号不烧毁；附图说明

[0026] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

[0027] 图1是本发明的恒流源供电电路框图；

[0028] 图2是本发明的信号采样电路电路框图；

[0029] 图3是本发明的电源管理模块电路框图；

[0030] 图4是本发明3.3V供电电路中的升降压电源转换器外接电路框图；

[0031] 图5是本发明5V供电电路中的电容电压转换器外接电路框图；

[0032] 图6是本发明功率保护电路图。

具体实施方式

[0033] 以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0034] 参考图1给出了本发明的恒流源供电电路框图；

[0035] 恒流源供电模块，由跟随器电路、差分放大电路和信号采样电路构成；

[0036] 所述跟随器电路设有的放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C1共同构成了电压跟随器；

[0037] 所述电阻R1右端输入电压为系统中模数转换芯片输出的参考基准电压，大小为2.5V；

[0038] 所述放大器U2的输出电压与电阻R1右端的输入电压相等，都为2.5V；

[0039] 跟随器电路输入的阻抗高，输出的阻抗低，在电路中间接的起到阻抗匹配的作用，使得后一级的差分放大电路更好的工作；提供稳定的恒流电流来驱动传感器工作；

[0040] 所述恒流源供电模块中设有的放大器U2及其电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9构成了差分放大电路；

[0041] 所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压等于所述电阻R6右端的输出电压与电阻R1右端的输入电压差；所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压还等于所述电阻R6右端的输出电压与放大器U2的输出电压差；

[0042] 例如：将所述差分放大电路中的输出端OUT引脚的电压标记为V1，所述电阻R6右端的输出电压标记为V2，所述放大器U2的输出电压差标记为V3,所述流经差分放大电路中的电阻R10的电流标记为I，当R10电阻为500Ω时流过经过计算可知R10的电流为5mA，刚好符合本系统所选用的ICP113B26压电晶体传感器的工作需求，可以为该传感器提供稳定的恒流电源；

[0043] 参考图2，给出了本发明的信号采样电路电路框图；

[0044] 信号采样电路设有割除偏置电压的隔直电容、RC滤波器和低通滤波器，信号在经过隔直电容C2将偏置电压隔除后，对采集到的信号进行转换，其中电阻R14和C3共同组成了RC滤波电路，且R15和C4共同组成了低通滤波电路，滤除低频段的混频信号，使得输出信号与模数转换芯片的输入端相匹配；

[0045] 在整个系统中各部分对于电源的要求并不相同，在采集装置的工作过程中需要3.3V、5V以及30V的电源向各个部分进行供电，冲击波超压数据采集装置的电源由18650电池提供，单节电压为3.7V，所以在电源管理电路中需要对电压进行稳压及升压，主要分为
3.3V、5V以及30V三个部分；

[0046] 参考图3，给出了本发明的电源管理模块电路框图；

[0047] 电源管理模块，包括30V供电电路、3.3V供电电路和5V供电电路；

[0048] 30V供电电路，设有SR锁存器、电源开关、内部检测电阻、放大器A3、放大器A4和斜坡发生器；

[0049] 30V供电电路主要是为传感器适配电路提供电源，在冲击波超压数据采集装置中，传感器的适配电路的高压运算放大器需要30V的供电电压；

[0050] 所述SR锁存器(SR1)置1使电源开关Q1打开，开关电流流过内部检测电阻，在检测电阻两端产生与电流成比例的电压，该电压在被放大器A4放大后与斜坡发生器的输出相加，并输入放大器A3的正相输入端；

[0051] 所述放大器A3正相输入端的输入电压超过负相输入端的输入电压时，所述SR锁存器复位，电源开关被关闭，并通过改变电阻RFB的大小对输出电压VOUT进行控制；电阻RFB的阻值与输出电压的关系式满足公式其中VFB为参考电压，在升压模式下为1.215V；传感器中的高压运算放大器需要的激励电压为30V，将VOUT＝30V代入上述公式，此时RFB＝345kΩ，所以本电路中选择340kΩ的电阻作为RFB，即可得到30V之间的电压，为传感器中的高压运算放大器供电；

[0052] 参考图4，给出了本发明3.3V供电电路中的升降压电源转换器外接电路框图；

[0053] 3.3V供电电路设有升降压电源转换器、电阻分压器；

[0054] 所述升降压电源转换器的输入端使用电池作为电源向3.3V供电电路中的其他器件供电，

[0055] 所述电阻分压器由电阻R1和电阻R2构成，所述电阻R1和电阻R2为分压短阻，通过设置电阻R1和电阻R2的阻值对升降压电源转换器的输出电压进行调整，反馈电压VFB与输出电压Vout的关系满足反馈电压VFB为固定的500mV，将电阻R1和电阻R2分别设置为1MΩ和180KΩ可以算得VOUT＝3.3V，从而可以实现对本系统的主控制器STM32芯片进行供电；

[0056] 参考图5，给出了本发明5V供电电路中的电容电压转换器外接电路框图；

[0057] 5V供电电路，设有电容电压转换器和功率保护电路，该电容电压转换器在2.7V至5.5V输入电压下提供5V的输出电压，电容电压转换器内置了一个低导通电阻地N沟道MOSFET，支持超过3A的电流持续流过，同时最大限度地降低了功耗；

[0058] 电容电压转换器在静态电流与关断电流方面最低可达25μA，非常适合在低功耗的便携设备中使用；且电容电压转换器内部具有逻辑电平转换器，可方便的使用STM32的GPIO引脚实现对电容电压转换器的控制；

[0059] 电容电压转换器内置的过温保护电路在芯片温度超过125℃后就会被激活，避免电容电压转换器芯片本身及下游电路受到损害。并且电容电压转换器可以通过对电流的限制向电路提供过流保护；

[0060] 参考图6，给出了本发明功率保护电路图；

[0061] 所述电容电压转换器电连接保护电路，该保护电路分别由电容同向串联两个二极管和电容反向串联两个二极管组成，正向大电流导通二极管后接地，反向小电流截止接地，用于保证端口允许输入不超过+37dB的大功率信号不烧毁；

[0062] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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