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2018-08-10

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应用中所需的信号调理电路,特别是可能会影响对要与一起使用的一个或多个进行选择的参数。 本文引用地址:  简介  在讨论和信号调理电路之前,有必要快速介绍一下应变计。

顾名思义,应变就是由于外力作用所产生的改变。 应变计使用电阻来表示由外力引起的应变大小。 应变计有多种不同的类型,最常见的就是金属应变计。

这种类型的应变计由一根金属丝或一小片金属箔组成。

在受到外力时,应变计会发生形变(正向或反向),从而导致应变计的电阻也随之变化。 电阻的这种变化是可以测量的,从而反映出所施加外力的大小。

  那么,实际上应如何测量应变呢由于惠斯通电桥电路的灵敏度极佳,所以通常可在其中放置一个或多个应变计。 用于应变计应用的惠斯通电桥由按照菱形模式布置的四个元件组成,每个桥臂都有一个电阻元件(应变计或固定电阻)。 然后向该电桥施加一个激励电压,并测量菱形两个相对端点之间的输出电压。 四分之一桥电仅包括一个可变电阻元件应变计。 半桥则有两个可变电阻元件,而全桥中的所有四个元件均为可变电阻元件在此例中,为应变计。

具有多个应变计的好处就是增加了灵敏度。 在所有其他配置相同的情况下,半桥配置的灵敏度是四分之一电桥的两倍,而全桥的灵敏度是四分之一电桥的四倍。

  信号调理  即使在惠斯通电桥配置中使用了多个应变计,输出电压的总体变化仍然相对较小,通常在毫伏范围内。 由于信号幅度较小,所以在通过模数转换器(ADC)将电压转换成数字信号之前,通常需要一个增益级。

可能还必须滤除模拟输入信号中的特定噪声源。 噪声源的一些示例包括电源线嘈杂声(50Hz或60Hz)、机械共振或外部电子干扰。

最后,任何信号调理电路都不得向系统中添加大噪声,否则来自惠斯通电桥的较小输出电压就会丢失。

总之,信号调理电路必须有足够高的增益,能提供适当的滤波并具有较低的噪声。

  失调电压和开环增益  根据桥式应变计的输出摆幅和ADC的满量程输入,模拟信号可能需要放大500倍或更高倍数。 此外,该电路必须提供足够的裕量,这样信号就不会使或ADC饱和。 在选择增益级时必须考虑以下几个方面。

  首先,由于需要较高的增益,因此的失调电压变得非常重要。 由产生的失调电压将与增益相乘。 例如,一个失调电压为1mV而增益配置为500倍的会在的输出端产生的误差电压。

对于一个在满量程时产生10mV输出电压的应变计桥,的这一失调误差可导致出现10%的测量误差。

因此,需要一个低失调的精密,例如MCP606。   第二,在仍能保持性能的同时,必须具有足够大的开环增益以提供所需的放大倍数。 典型的开环增益在某一频率范围内是恒定的,然后以每十倍频20dB的速度开始下降。

大部分通用的开环增益范围为100dB至120dB。

这类可处理上述的为500倍的增益,但是可能会限制系统的整体性能。

  例如,假设的开环增益为120dB,并且带宽足够大,允许在增益为500倍所对应的频率下正常工作。

500倍的增益大约相当于54dB,所以的54dB开环增益用于提供增益。

剩余的66dB为开环增益裕度,用于确保线性度,如图1所示。   图1开环增益频率关系曲线。