一种应用于微型气体流量计的低噪声信号采集系统.pdf

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1、2012年第31卷第11期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)81一种应用于微型气体流量计的低噪声信号采集系统李辉，刘鲲(安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽芜湖241000)摘要：针对微型气体流量计对微弱信号采集的要求，采用超低偏置电流的放大芯片LMP7721，辅以Guard环保护技术，再加上24位高精度A／D转换器ADS1211，设计了一种超高分辨率、低噪声的弱信号采集系统。通过将数字和模拟部分分开布局，以及合理的电源和地线设计，系统的性能得到了保证。实验表明：采集系统的最小可分辨信号接近0．1mV，噪声RMS值

2、小于50V。关键词：微型气体流量计；Guard环；高精度A／D转换器；低噪声信号采集系统中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)11-0081-03A‘一lowno●isesi‘gna_lacqui-s-it·i-onsyst·emappl_i-ed_i■nmi●crogasflowmeterLIHui，LIUKun(SchoolofPhysicsandElectronicsInformation，AnhuiNormalUniversity，Wuhu241000，China)Abstract：Aimingatrequirementof

3、microgasflowmeteronweaksignalacquisition，superlowofsetcurrentamplifierchipLMP7721withGuardringprotectiontechnology，and24bitA／Dconve~erADS1211areusedinthedesign．Asuper—highresolutionandlownoiseweaksignalacquisitionsystemisdesigned．Performanceofthesystemisguaranted，digitalandanalogpartmust

4、belaidoutseparately，andpowerandgroundwiresalsoshouldbeplannedreasonably．Theexperimentshowstheleastresolvedsignaliscloseto0．1mV．andthenoiseRMSislessthan50tzV．Keywords：microgasflowmeter；Guardring；highprecisionA／Dconverter；lownoisesignalacquisitionsystem0引言A／D转换器与MCU处理、运算后，即可反演出对应的流速微型气体流量计

5、用于检测微小气体流量，在精密半导值，测量结果可由LCD显示，或通过串口等通信接口在上体、微型色谱系统、反应装置系统以及真空镀膜等领域有着位机显示实时的测量曲线。广泛的应用。这种仪器的特点在于能监测到微小的流量变化，如分辨率达0．01mL／min的流速变化，这就要求相关联的信号采集系统具有相应的高分辨能力，因此，研制低噪声图1气体流量计系统框图水平的超高分辨率信号采集系统就显得尤为重要⋯。本Fig1Systemblockdiagramofgasflowmeter文利用超低偏置电流放大芯片LMP7721，辅以Guard环保护技术，再配合BB公司的4通道24位A／D转换器AD

6、S1211，设计满足微型气体流量计需要的超高分辨率、低噪声的信号采集系统。1总体设计图2流量传感器原理图微型气体流量计的系统组成如图1所示，流量传感器Fig2Principlediagramofflowsensor原理如图2所示，气体先后经过流量计的2只热敏电阻器，1．1放大电路设计由于气流对两热敏电阻器的热损耗不同，从而造成电桥不选用的放大器件为NI公司的极低偏置运放LMP7721，平衡，输出一个与气体流速相关的弱电压信号。该弱电该运放具有不超过2Of『、的偏置电流和26V的偏置电压，压信号经高精度运放放大到一定幅度后，再经高分辨率且温度特性良好(<1．5tLV／。C

7、)；而不超过2mA的额定电收稿日期：2012-09-04基金项目：安徽师范大学博士科研启动基金资助项目(132—151202)82传感器与微系统第31卷源电流使其适用于便携式应用。目前，LMP7721在光电测率理论值达到5000／2200．005mV。量、生化检测等弱信号检测领域得到了广泛的应用J。在布线时为了避免数字电源的噪声对模拟部分的干与普通的运放一样，LMP7721可以方便地配置成同相扰，最好采用双电源；必须采用单电源时，可在模拟与数字或反相放大模式，但是与普通的运放相比，由于输入信号太供电端之间接入1On电阻器，与去耦电容器一同