利用可變幅度傳感器激勵(lì)的過程測(cè)量系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】一種過程測(cè)量系統(tǒng)包括：傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；和測(cè)量電路，將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)?？刂齐娐房刂扑鰝鞲衅骷?lì)的幅度，以在所述傳感器的整個(gè)操作比范圍(operating?ratio?range)上使信號(hào)強(qiáng)度最大。這樣提高了所述測(cè)量電路的分辨率和噪聲抑制。【專利說明】利用可變幅度傳感器激勵(lì)的過程測(cè)量系統(tǒng)【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種過程測(cè)量系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及將模擬傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量電路系統(tǒng)的分辨率提高和噪聲抑制?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]過程變送器是一種用于監(jiān)測(cè)工業(yè)過程操作的設(shè)備。所述過程變送器包括傳感器，所述傳感器用感測(cè)元件響應(yīng)已測(cè)量過程變量或者參數(shù)，并且將所述過程參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，所述標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)是所述已測(cè)量參數(shù)的函數(shù)。過程參數(shù)的示例包括壓力、溫度、流量、電導(dǎo)率和pH值。[0003]在RogerL.Frick和DavidA.Broden的美國(guó)專利N0.6，295，875中描述了這樣一種變送器。這種變送器電容式傳感器，所述電容式傳感器采用具有可偏轉(zhuǎn)的感測(cè)膜片(deflectablesensingdiaphragm)以及三個(gè)或更多電容器電極,所述電容器電極利用所述膜片形成分離的電容式感測(cè)元件。所述電容器元件中的兩個(gè)是差分設(shè)置的基本感測(cè)電容器，使得所述基本感測(cè)電容器的電容與所述過程變量成反比變化。第三和第四電容器元件是補(bǔ)償電容器，提供對(duì)與所述基本電容器相關(guān)聯(lián)的偏移誤差或滯后加以表示的信號(hào)。當(dāng)將壓力施加至所述膜片的一側(cè)或者雙側(cè)，所述膜片偏轉(zhuǎn)。通過測(cè)量與所述偏轉(zhuǎn)相關(guān)的電容比的變化可以檢測(cè)所述膜片的偏轉(zhuǎn)。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將這個(gè)電容比轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。[0004]在RogerL.Frick、BennettL.Louwagie和AdrianC.Toy的美國(guó)專利N0.5，637，802和N0.6，089，097中描述了另一種類型的變送器。這兩個(gè)專利所述的變送器利用兩個(gè)絕對(duì)壓力傳感器來(lái)測(cè)量壓差以及兩個(gè)絕對(duì)壓力，在壓差測(cè)量上具有較高分辨率。[0005]一種特別有利形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器利用Σ-Λ(或Λ-Σ)調(diào)制器。在RogerL.Frick和JohnP.Schulte的美國(guó)專利N0.5,083,091、MichaelGaboury的美國(guó)專利N0.6，140，952、RongtaiWang的美國(guó)專利N0.6，509，746和RongtaiWang的美國(guó)專利N0.6，516，672中描述了Σ-Δ調(diào)制器在變送器中的使用。[0006]在具有將Σ-Δ調(diào)制器用作電容-數(shù)字(CD)轉(zhuǎn)換器的變送器中，激勵(lì)電路給所述電容式傳感器元件提供電荷包?；谶@個(gè)電容元件的電容值給所述傳感器元件充電。將所述電荷傳遞至所述Σ-Δ調(diào)制器的積分器/放大器以產(chǎn)生作為電容比的函數(shù)的一位二進(jìn)制輸出。[0007]所述CD調(diào)制器的基本功能是將所述電容比轉(zhuǎn)換成PDM(脈沖密度調(diào)制)信號(hào)。對(duì)于利用Σ-Δ架構(gòu)的⑶調(diào)制器，實(shí)際過程涉及將電荷比轉(zhuǎn)換成PDM信號(hào)。在正常的操作條件下，由于所述電荷與所述電容成正比，因此所述電荷比等于所述電容比?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0008]過程測(cè)量系統(tǒng)包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；測(cè)量電路，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，將根據(jù)所述測(cè)量數(shù)據(jù)控制所述傳感器信號(hào)的幅度，以便充分利用所述測(cè)量電路的動(dòng)態(tài)范圍。[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，過程和測(cè)量系統(tǒng)包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；測(cè)量電路，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，在傳感器的整個(gè)操作范圍上使所述傳感器信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度最大。因此所述控制電路通過所述測(cè)量電路提高了分辨率和噪聲抑制。[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，過程測(cè)量系統(tǒng)包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，用于根據(jù)來(lái)自所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)控制所述傳感器的激勵(lì)幅度的函數(shù)。[0011]一種基于過程參數(shù)產(chǎn)生測(cè)量數(shù)據(jù)的方法激勵(lì)傳感器以產(chǎn)生對(duì)傳感器數(shù)值加以表示的傳感器信號(hào)，所述傳感器數(shù)值是所述過程參數(shù)的函數(shù)。將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)。根據(jù)所述傳感器信號(hào)改變所述傳感器的激勵(lì)幅度，使得在所述傳感器信號(hào)減小時(shí)所述激勵(lì)增大?！緦＠綀D】【附圖說明】[0012]圖1是開關(guān)電容器電荷積分器的簡(jiǎn)化電氣示意圖。[0013]圖2是傳感器電容級(jí)別對(duì)電容壓差傳感器的歸一化壓力的曲線。[0014]圖3是脈沖密度調(diào)制(PDM)和控制電壓對(duì)具有Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換的電容壓差傳感器的歸一化壓力的曲線。[0015]圖4是示出了根據(jù)歸一化壓力的電容壓差傳感器的變幅激勵(lì)VX的曲線，在零壓差處具有最大激勵(lì)。[0016]圖5是利用傳感器可變幅度激勵(lì)的電容傳感器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。[0017]圖6是利用傳感器可變幅度激勵(lì)的電容傳感器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖。【具體實(shí)施方式】[0018]在測(cè)量?jī)x器中模數(shù)(A/D)電路的分辨率和噪聲抑制受限于傳感器信號(hào)強(qiáng)度。通常，當(dāng)增加信號(hào)強(qiáng)度時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)性能改善。本發(fā)明通過根據(jù)輸入條件控制傳感器激勵(lì)的幅度來(lái)在傳感器的整個(gè)操作范圍上使信號(hào)強(qiáng)度最大。[0019]在下面的描述中，將在電容壓差傳感器的背景下討論本發(fā)明的可變幅度傳感器激勵(lì)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也適用于其他類型的傳感器。[0020]由羅斯蒙德公司制造的電容壓差傳感器以利用開關(guān)電容器Σ-ΛA/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)調(diào)節(jié)為特點(diǎn)?？梢栽诒景l(fā)明的【
背景技術(shù)：
】所描述的美國(guó)專利中找到這種類型信號(hào)調(diào)節(jié)的示例，所述全部專利均已轉(zhuǎn)讓給羅斯蒙德公司并且將其內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。[0021]在這些類型的Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器中的基礎(chǔ)信號(hào)是從所述電容傳感器得到的電荷包?；陂_關(guān)電容器電荷積分器將從所述傳感器得到的電荷包集成在Σ-Δ調(diào)制器中。[0022]在圖1中示出了用在Σ-Δ調(diào)制器內(nèi)的開關(guān)電容器電荷積分器的簡(jiǎn)化示意圖。在這個(gè)簡(jiǎn)化示意圖中，示出了單個(gè)傳感器電容器。然而，對(duì)于利用Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的電容壓力傳感器，典型的是具有多個(gè)傳感器和多個(gè)電容器。[0023]在圖1中示出的開關(guān)電容器電荷積分器10包括感測(cè)電容器CS、開關(guān)SWla、Sfflb,SW2a和SW2b、積分電容器Cl以及運(yùn)算放大器(opamp)12。開關(guān)SWla連接在直流電壓VP和電容器CS之間。開關(guān)SW2a連接在直流電壓VN和電容器CS之間。開關(guān)SWlb連接在電容器CS和opamp12的非反相(正)輸入16之間，還連接至地14。開關(guān)SW2b連接在電容器CS和opamp12的反相(負(fù))輸入18之間。電容器Cl連接在輸出20和opamp12的反相輸入18之間。輸出電壓Vo出現(xiàn)在opamp12的輸出20處。[0024]來(lái)自傳感器電容器Cs的電荷包的處理發(fā)生在兩個(gè)階段。在第一階段期間，開關(guān)Sffla和SWlb是接通的(并且開關(guān)SW2a和SW2b是關(guān)斷的)，這樣給傳感器電容器Cs充電:[0025]Qsi=CS*VP[0026]在第二階段期間，開關(guān)SW2a和SW2b是接通的(并且開關(guān)SWla和SWlb是關(guān)斷的)，這樣給傳感器電容器Cs充電:[0027]Qs2=CS*VN[0028]VP和VN是固定的直流電壓，所述電壓給傳感器Cs設(shè)置激勵(lì)電壓Vx的電平。電荷的凈變化是(Qs1-Qs2)=Cs*(VP-VN)=CS*VX，其中Vx=VP-VN。將這個(gè)電荷傳遞至所述積分電容器Cp所述opamp的輸出電壓的變化量為:[0029]AV0=Y^CsZC1[0030]在這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，重要的是將opamp12的輸出電壓Vo限制在所述放大器的極限中:0<V0<VDD,其中OV和VDD是opamp12的供電軌(supplyrails)。如果不這樣做，opamp12將不能維持上述的電荷關(guān)系并且所述Σ_ΛA/D轉(zhuǎn)換器的操作將會(huì)受到損害。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者選擇激勵(lì)電壓Vx和積分電容器C1,以保證opamp12的輸出\保持在所述供電軌內(nèi)。同時(shí)，期望的是使所述激勵(lì)電平最大以獲得所述系統(tǒng)的最佳性能。[0031]當(dāng)設(shè)置所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須考慮到在正常操作期間可能遇到的Cs最大值。例如，對(duì)于羅斯蒙德壓差(DP)傳感器，將所述最大值設(shè)置為10pF的規(guī)格。然后可以確定VxZiC1的適當(dāng)值?；趥鞲衅麟娙萜鰿s的最大值限制激勵(lì)電SVx，然而，在實(shí)踐中所述傳感器電容器常常小于100pF。事實(shí)上，在零DP處，典型的傳感器電容器更接近25pF，t匕所述最大值小4倍。這意味著在用戶最感興趣的優(yōu)異性能的零DP處，所述信號(hào)級(jí)別是次優(yōu)的。[0032]本公開所描述的概念是允許所述激勵(lì)電壓Vx變成可變的，而不是固定的。這樣允許對(duì)于零或者接近零DP輸入條件通過利用較大的激勵(lì)電壓實(shí)現(xiàn)較高的性能。對(duì)于傳感器電容的較低值，將Vx設(shè)置為較大值，而對(duì)于傳感器電容的較高值，將Vx設(shè)置為較小值。目的在于在所述傳感器的整個(gè)操作范圍上將所述信號(hào)電荷(CS*VX)保持在實(shí)質(zhì)上恒等的級(jí)別，以使所有輸入條件下的信噪比最大為目標(biāo)。[0033]對(duì)于具有比率測(cè)量(rat1metricmeasurement)的系統(tǒng)，即將電容比轉(zhuǎn)換成電荷t匕、然后將電荷比轉(zhuǎn)換成PDM信號(hào)，這種激勵(lì)電壓調(diào)節(jié)是有效的。利用比率測(cè)量，數(shù)字測(cè)量對(duì)所述激勵(lì)電壓的幅度不敏感。通過改變所述激勵(lì)電壓最小化地影響所述數(shù)字輸出，并且無(wú)論存在什么效果都可以利用標(biāo)準(zhǔn)的特征/驗(yàn)證程序從所述系統(tǒng)中補(bǔ)償。[0034]在圖2中給出了對(duì)于電容DP壓力傳感器，傳感器電容和壓力之間的典型關(guān)系。CX是所述DP傳感器的高邊電容，它隨標(biāo)準(zhǔn)化壓力Pn增大。CY是所述DP傳感器的低邊電容，它隨Pn減小。所述電容等級(jí)(cap等級(jí))是所述兩個(gè)傳感器電容器的最大值?？梢钥闯觯?dāng)壓力處在零DP時(shí)，所述電容等級(jí)處在其最小值。在滿量程壓力處的電容等級(jí)接近零壓力處電容等級(jí)的兩倍，這證明了利用與在滿量程壓力處的激勵(lì)電壓相比在零DP處加倍的激勵(lì)電壓。[0035]諸如那些用在電容DP壓力變送器中的Σ-ΛA/D轉(zhuǎn)換器提供了便于控制所述激勵(lì)電平的信號(hào)。所述Σ-Δ轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生脈沖密度調(diào)制(PDM)信號(hào)，所述PDM信號(hào)是包含所述數(shù)字化傳感器信號(hào)的數(shù)字比特流。所述數(shù)字化傳感器信號(hào)是低通濾波和抽取的(decimated)，如圖5所示。所述PDM信號(hào)也是模擬信號(hào)，可以進(jìn)行低通濾波以提取所述傳感器信號(hào)(參見圖3)的直流表示(PDM電壓)。注意的是，如果參考中位電源電壓(mid-supply)選取所述信號(hào)的絕對(duì)值，那么可以獲得合適的控制信號(hào)(也如圖3所示)。在圖3中，所述電源電壓是3V，中位電源電壓是1.5V。[0036]最后一步是將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成激勵(lì)電平。在一個(gè)實(shí)施例中，所述標(biāo)稱的固定激勵(lì)是所述模擬電源電壓的一半。可以將所述激勵(lì)電壓(Vx=VP-VN)在零DP處設(shè)置為整個(gè)模擬電源電壓，并且在滿量程壓力處減小為所述模擬電源電壓的一半，如圖4所示。在下面的公式中給出了Vx的近似表達(dá)式:[0037]Vx=VDD-2.5*Vcntl[0038]其中，Vcntl是圖3中的控制電壓。[0039]在圖4中用1.5V處的短劃線表示所述固定激勵(lì)的解決方案。用實(shí)線表示所述可變激勵(lì)的解決方案。所述可變激勵(lì)在DP為零時(shí)達(dá)到其最大值，并且在滿量程壓力處退回至1/2VDD。因此，當(dāng)DP減小時(shí)，所述激勵(lì)電壓增大。[0040]圖5是以DP電容傳感器32的可變幅度激勵(lì)為特征的壓差(DP)電容變送器30的方框圖。變送器30包括傳感器32、Σ-ΛΑ/D轉(zhuǎn)換器34(包括開關(guān)電容器積分器36、電平比較器38、抽取低通濾波器40和傳感器激勵(lì)發(fā)生器42)以及可變激勵(lì)控制44(包括模擬低通濾波器46、絕對(duì)值電路48和激勵(lì)電平發(fā)生器50)。[0041]在所示的實(shí)施例中，Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器34是一種專用集成電路(ASIC)，包括了用以執(zhí)行開關(guān)電容器積分器36、電平比較器38、抽取低通濾波器40和傳感器激勵(lì)發(fā)生器42的功能的電路系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器34的輸入接收自DP電容傳感器32，并且是以電荷包的形式，所述電荷包由傳感器32響應(yīng)于傳感器激勵(lì)發(fā)生器42所供應(yīng)的傳感器激勵(lì)電壓而產(chǎn)生。[0042]開關(guān)電容器積分器36給電平比較器38提供輸出電壓Vo。電平比較器38的輸出是脈沖密度調(diào)制(PDM)信號(hào)，將所述PDM信號(hào)供應(yīng)給抽取低通濾波器40、傳感器激勵(lì)發(fā)生器42和可變激勵(lì)控制44的模擬低通濾波器46。抽取低通濾波器40將所述PDM信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，將所述數(shù)字輸出供應(yīng)給過程變送器30的變送器系統(tǒng)。來(lái)自抽取低通濾波器40的數(shù)字輸出表示原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)會(huì)被修整并且隨后在雙有線控制回路、有線網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上從變送器30發(fā)送至所述控制室。[0043]所述PDM信號(hào)是傳感器激勵(lì)發(fā)生器42的輸入。所述PDM信號(hào)的狀態(tài)變化使傳感器激勵(lì)發(fā)生器42在電壓VP和電壓VN之間改變激勵(lì)電壓。將已選擇的電壓VP或VN作為的激勵(lì)施加至DP電容傳感器32。[0044]激勵(lì)控制44利用所述PDM信號(hào)來(lái)設(shè)置提供給傳感器激勵(lì)發(fā)生器42的激勵(lì)電平(VP-VN)。用模擬低通濾波器46對(duì)所述PDM信號(hào)進(jìn)行濾波，以將所述PDM信號(hào)(表示所述電容比的數(shù)字比特流)轉(zhuǎn)換成模擬表示。絕對(duì)值電路48將濾波器46的輸出轉(zhuǎn)換成絕對(duì)值控制信號(hào)。激勵(lì)電平發(fā)生器利用所述控制信號(hào)設(shè)置VP和VN的電平。[0045]所述PDM信號(hào)是DP電容傳感器32的電容等級(jí)的函數(shù)，并且在很大程度上與所述激勵(lì)(VP-VN)是無(wú)關(guān)的。除了改善了信噪比，這允許在不嚴(yán)重影響已測(cè)量信號(hào)的情況下改變所述激勵(lì)?？勺兗?lì)控制44調(diào)整由傳感器激勵(lì)發(fā)生器42提供給傳感器32的激勵(lì)，使得當(dāng)所述壓差為零時(shí)激勵(lì)最高。例如，以上討論的圖2-4所闡述的。[0046]Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器34例如可以是羅斯蒙德公司在其電容傳感器過程變送器中所使用的電流C/DASIC的任意轉(zhuǎn)換器。激勵(lì)電平控制模塊利用所述PDM信號(hào)設(shè)置所述激勵(lì)電平，并且將所述激勵(lì)電平反饋回至所述A/D激勵(lì)控制模塊。[0047]關(guān)于圖5，與所述可變激勵(lì)電平的產(chǎn)生有關(guān)的所述全部操作在模擬電路設(shè)計(jì)的現(xiàn)有技術(shù)中都是眾所周知的。為了有效的實(shí)施，必須策劃(engineer)所述設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)置所有等級(jí)和比率(例如圖4中的斜率和等級(jí))，以在所述測(cè)量電子設(shè)備的限制與所述系統(tǒng)的性能目標(biāo)之間進(jìn)行平衡?？梢灶A(yù)期在A/D分辨率和EMC噪聲抑制方面的益處。[0048]圖6示出了DP壓力變送器30A，它是利用可變激勵(lì)控制的另一個(gè)實(shí)施例。變送器30A包括DP電容傳感器32、Σ-ΔΑ/D轉(zhuǎn)換器34A(包括開關(guān)電容器積分器36、電平比較器38、抽取低通濾波器40和傳感器激勵(lì)發(fā)生器42)以及可變激勵(lì)控制44A(包括激勵(lì)電平發(fā)生器50和自動(dòng)增益控制52)。[0049]可變激勵(lì)控制44A利用開關(guān)電容器積分器36的輸出電壓No而不是所述PDM信號(hào)來(lái)為激勵(lì)電平發(fā)生器50產(chǎn)生控制信號(hào)。將Vo作為輸入提供給自動(dòng)增益控制(AGC)52，將AGC52的輸出作為控制信號(hào)提供給激勵(lì)電平發(fā)生器50，以通過控制VP和VN中的電壓電平來(lái)確定DP電容傳感器32的激勵(lì)電平。在避免開關(guān)電容器積分器36中飽和問題同時(shí)，將激勵(lì)設(shè)置為可能的最大電平。[0050]已經(jīng)利用電容壓差傳感器的示例描述了本發(fā)明，其中所述電容等級(jí)在零壓力處是最小值，隨著壓力從零至滿量程而增大，并且隨著壓力從零至負(fù)滿量程也增大(圖2)。本發(fā)明同樣適用于測(cè)量絕對(duì)壓力的電容傳感器，其中電容在零壓力處是最小值，并且隨著壓力而增大。在這種情況下，不存在負(fù)壓力，并且不需要所述絕對(duì)值電路，如圖5所示。[0051]盡管已經(jīng)參考示例實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以做出各種變化，并且可以用等同物替代其元件。此外，可以做出許多修改，以便在不背離本發(fā)明本質(zhì)范圍的情況下使特定的情況或者材料適應(yīng)于本發(fā)明的教義。因此，目的在于本發(fā)明不限于所公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。【權(quán)利要求】1.一種過程測(cè)量系統(tǒng)，包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；測(cè)量電路，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，用于根據(jù)所述測(cè)量數(shù)據(jù)控制所述傳感器信號(hào)的幅度，以便充分利用所述測(cè)量電路的動(dòng)態(tài)范圍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括電容傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電容傳感器是壓差電容傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路控制所述壓差電容傳感器的激勵(lì)，使得在壓差減小時(shí)激勵(lì)增大。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量電路包括Σ-Δ模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述Σ-ΛΑ/D轉(zhuǎn)換器包括:開關(guān)電容器積分器，具有連接至所述傳感器的輸入和提供積分器輸出電壓的輸出；電平檢測(cè)器，具有連接至所述開關(guān)電容器積分器的輸出的輸入和提供脈沖密度調(diào)制PDM信號(hào)的輸出；以及傳感器激勵(lì)發(fā)生器，響應(yīng)于所述PDM信號(hào)給所述傳感器提供激勵(lì)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括所述PDM信號(hào)，并且所述控制電路根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:低通濾波器，對(duì)所述PDM信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生PDM信號(hào)的直流電平；絕對(duì)值電路，根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括積分器輸出電壓，并且所述控制電路根據(jù)所述積分器輸出電壓給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:自動(dòng)增益控制電路，根據(jù)所述積分器輸出電壓產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。11.一種過程測(cè)量系統(tǒng)，包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；測(cè)量電路，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，用于控制所述傳感器信號(hào)的幅度，以便充分利用所述測(cè)量電路的動(dòng)態(tài)范圍；以及控制電路使得在傳感器的整個(gè)操作范圍上使所述傳感器信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度最大，以通過所述測(cè)量電路提高分辨率和噪聲抑制。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括電容傳感器。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述電容傳感器是壓差電容傳感器。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路控制所述壓差電容傳感器的激勵(lì)，使得在壓差減小時(shí)激勵(lì)增大。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量電路包括Σ-Δ模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述Σ-ΛΑ/D轉(zhuǎn)換器包括:開關(guān)電容器積分器，具有連接至所述傳感器的輸入和提供積分器輸出電壓的輸出；電平檢測(cè)器，具有連接至所述開關(guān)電容器積分器輸出的輸入和提供脈沖密度調(diào)制PDM信號(hào)的輸出；以及傳感器激勵(lì)發(fā)生器，響應(yīng)于所述PDM信號(hào)給所述傳感器提供激勵(lì)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括所述PDM信號(hào)，并且所述控制電路根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:低通濾波器，對(duì)所述PDM信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生PDM信號(hào)的直流電平；絕對(duì)值電路，根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括所述積分器輸出電壓，并且所述控制電路根據(jù)所述積分器輸出電壓給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:自動(dòng)增益控制電路，根據(jù)所述積分器輸出電壓產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。21.一種過程測(cè)量系統(tǒng)，包括:傳感器，用于根據(jù)過程參數(shù)產(chǎn)生傳感器信號(hào)；模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，用于將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及控制電路，用于根據(jù)來(lái)自所述A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)控制所述傳感器的激勵(lì)幅度。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括電容傳感器。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述電容傳感器是壓差電容傳感器。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路控制所述壓差電容傳感器的激勵(lì)，使得在壓差減小時(shí)激勵(lì)增大。25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述A/D轉(zhuǎn)換器包括:開關(guān)電容器積分器，具有連接至所述傳感器的輸入和提供積分器輸出電壓的輸出；電平檢測(cè)器，具有連接至所述開關(guān)電容器積分器輸出的輸入和提供脈沖密度調(diào)制PDM信號(hào)的輸出；以及傳感器激勵(lì)發(fā)生器，響應(yīng)于所述PDM信號(hào)給所述傳感器提供激勵(lì)。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:低通濾波器，對(duì)所述PDM信號(hào)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生PDM信號(hào)的直流電平；絕對(duì)值電路，根據(jù)所述PDM信號(hào)的直流電平產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路根據(jù)所述積分器輸出電壓給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路包括:自動(dòng)增益控制電路，根據(jù)所述積分器輸出電壓產(chǎn)生激勵(lì)控制信號(hào)；以及激勵(lì)電平發(fā)生器，根據(jù)所述激勵(lì)控制信號(hào)給所述傳感器激勵(lì)發(fā)生器提供激勵(lì)電壓。30.一種基于過程參數(shù)產(chǎn)生測(cè)量數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:激勵(lì)傳感器以產(chǎn)生對(duì)傳感器數(shù)值加以表示的傳感器信號(hào)，所述傳感器數(shù)值是所述過程參數(shù)的函數(shù)；將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述傳感器數(shù)值改變所述傳感器的激勵(lì)，使得在所述傳感器數(shù)值減小時(shí)所述激勵(lì)增大。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述傳感器包括電容傳感器并且所述傳感器數(shù)值是電容。32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中將所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)由Σ-Δ模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器執(zhí)行?！疚臋n編號(hào)】G01L13/06GK104048795SQ201310329089【公開日】2014年9月17日申請(qǐng)日期:2013年7月31日優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日【發(fā)明者】約翰·保羅·舒爾特申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司