電阻應變片直流電橋測量電路的攻略

　　在復雜的機械系統(tǒng)中，研究其功耗和性能，設(shè)計它們的結(jié)構(gòu)以及研究各模塊組間的潤滑狀態(tài)，測量各 器件間的摩擦力等重要參數(shù)，多年來，一直被人們所重視。由于機械內(nèi)部運動復雜，環(huán)境惡劣，摩擦力相 對很小，給測量帶來了很大困難，如何精確地測量出這些數(shù)據(jù)就顯得格外重要。

　　采用無線收發(fā)方式，利用傳感器信號通過無線收發(fā)電路進行信號傳輸，可以先存儲數(shù)據(jù)再把存儲卡里 面的數(shù)據(jù)讀入到計算機進行分析，為復雜及數(shù)據(jù)要求精確的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供了新的方法。另外，在采 集頻率較高時，數(shù)據(jù)量比較大，這對采集系統(tǒng)中處理器處理速度、射頻無線傳輸速度、接口傳輸速度、A/D 轉(zhuǎn)換速度以及功耗等都有很高的要求，加上機械系統(tǒng)內(nèi)部尺寸的限制，困難較大。這樣一來，數(shù)據(jù)采集電 路板的設(shè)計成為該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，我們需要設(shè)計專門的數(shù)據(jù)采集和無線收發(fā)裝置。

　　測量系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)由傳感器、電源、信號調(diào)理電路、信號處理電路和PC 機組成在實際測量時，傳感器安裝在運動 件上，由于采用引線裝置傳遞信號會限制機械部件的運動，因此可采用無線收發(fā)電路傳輸數(shù)據(jù)，也可采用 存儲方式進行數(shù)據(jù)采集，即先把數(shù)據(jù)保存到存儲卡，數(shù)據(jù)采集完之后再拿出存儲卡讀入到計算機，測量系 統(tǒng)原理如圖1 所示。

　　氣壓傳感器和應變片經(jīng)過信號調(diào)理電路輸出0～2.5V 的電壓，可通過信號處理電路把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號再存入存儲卡，熱電偶經(jīng)過信號調(diào)理電路輸出12 位SPI 格式的數(shù)字信號，可由單片機直接 把信號存入存儲卡。存儲卡的容量應能保證采集信號的時間要求(在采集頻率為3000Hz 時，選擇512M以 上的存儲卡可保證采集時間不少于25 分鐘)。而該測量系統(tǒng)中電阻應變片直流電橋測量電路的設(shè)計是一 個關(guān)鍵，下面我們將對這一部分進行詳細的分析和設(shè)計。

　　電阻應變片直流電橋測量電路

　　應變片調(diào)理電路由升壓芯片(為芯片提供工作電壓)、電壓基準(穩(wěn)壓)、電橋、濾波、放大等部分 組成，如圖2 所示。

　　測量電路所選用應變片型號350-2AA，應變靈敏系數(shù)K=2.18(無量綱正數(shù))，名義電阻350Ω，絲柵尺 寸：2×2mm;考慮到連桿體上空間小的特點，盡可能安裝少量的傳感器，因此采用直流單臂電橋來實現(xiàn)電 阻到電壓的轉(zhuǎn)換。至此，無線收發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的電阻應變片直流電橋測量電路的設(shè)計已經(jīng)完成，當然，在我們設(shè)計 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，根據(jù)實際的測量需要，如系統(tǒng)運行的環(huán)境受到溫度、頻率及其他一些環(huán)境的影響，各測 量參數(shù)的不同，導致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也不完全相同，設(shè)計者可根據(jù)需要進行修改。本文重點研究的是無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應變片直流電橋的設(shè)計，為復雜的機械控制系統(tǒng)在 進行難度較大的數(shù)據(jù)采集時，提出可行的應變片直流電橋設(shè)計方案。