一種新型便攜式靜態(tài)應(yīng)變儀的研制

本機原理電路見圖1。其主要測量電路由橋源、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和液晶顯示器等幾部分組成。

1.1橋源電路

橋源主要用來給由應(yīng)變計傳感器組成的惠斯頓電橋提供直流穩(wěn)壓電源。橋源在應(yīng)變儀中具有十分重要的作用，橋源的穩(wěn)定性，直接關(guān)系到測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。本機采用由精密電壓基準(zhǔn)和運算放大器組成的輸出電壓為2V的直流恒壓源。

在圖1中，U1(MAX873)為輸出電壓+2.5V的低功耗、低漂移、精密電壓基準(zhǔn)，其電源電壓范圍為+4.5～+18V；U2A(TL062)為低失調(diào)JFET輸入運算放大器，U2A、R3、Q1、C1組成電壓跟隨器。U1輸出的+2.5V經(jīng)R1、R2分壓后，在R1上可調(diào)出1.67～2.50V的電壓，能夠滿足產(chǎn)生2V橋壓的要求。當(dāng)橋壓輸出升高(或降低)，反饋至U2A的反向輸入端，使U2A運算放大器的輸出端電壓降低(或升高)，Q1的基極電流則減少(或加大)，Q1的射極電流(流經(jīng)負載的電流)減少(或加大)。由虎克定律可知：負載電壓(橋壓)將降低(或升高)，從而達到穩(wěn)定橋壓的目的。

V+與地之間為由模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供(詳見模數(shù)轉(zhuǎn)換電路部分)的+5V穩(wěn)定電壓，大于MAX873正常工作所需的+4.5V，保證了MAX873和TL062、Q1能夠不受儀器電源電壓降低影響，使橋源電路能夠提供穩(wěn)定的橋壓。

1.2放大電路　　

本機采用應(yīng)變值的絕對測量法，即不對電橋進行平衡，直接測量荷載作用下應(yīng)變電橋輸出值，通過計算即可得出增量或相對值。此方法可消除平衡電路引起的誤差，特別是克服了長期監(jiān)測中平衡值難以保存的問題。

本機的放大電路主要由U3(LTC7652)運算放大器構(gòu)成。LTC7652為利用CMOS工藝研制的超低漂移、斬波自穩(wěn)零式精密運算放大器，具有超低失調(diào)電壓和漂移、高共模抑制比和電源抑制比，為比較理想的應(yīng)變儀用放大器。由應(yīng)變測試原理知，等臂電橋的輸出電壓為：

式中：USC——電橋輸出電壓；U0——橋源電壓，在此為2V；K——應(yīng)變片靈敏系數(shù)，為了簡化電路，在本儀器中固定為2.0；ε——應(yīng)變值。

將U0、K、ε代入式(1)可得：USC=ε，即為了達到模數(shù)轉(zhuǎn)換器10μV分辨率的要求，需將電橋的輸出電壓放大10倍。在圖1中，R5、R6、R7、R8為電橋的四個應(yīng)變計外接橋臂。為了提高放大器的輸入阻抗，電路采用同相放大方式。放大電路的電壓增益為：

應(yīng)變儀的設(shè)計量程為20000με，放大器滿量程輸入UBD=