驅(qū)動(dòng)應(yīng)變橋傳感器的信號調(diào)理I

應(yīng)變片傳感器具有可靠、可重復(fù)和精確的特點(diǎn)，廣泛用于制造、過程控制和科研領(lǐng)域。應(yīng)變片傳感器把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為壓力傳感器、重量測量、力和轉(zhuǎn)矩測量及材料分析所用的電信號。應(yīng)變片只不過是一個(gè)電阻器，其值隨粘貼材料的應(yīng)變而變化。

通用的應(yīng)變片具有寬范圍零應(yīng)變電阻。傳感器材料和工藝是造成其寬范圍特點(diǎn)的原因，但幾個(gè)值(如120W和350W)已成為應(yīng)用中的主導(dǎo)。早期，標(biāo)準(zhǔn)值有助于簡化應(yīng)變測量，能夠方便地與包含匹配輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)的基本磁偏轉(zhuǎn)表結(jié)合。

制造應(yīng)變片所用的材料為有限的幾種合金，所選合金應(yīng)使傳感器溫度系數(shù)和應(yīng)變材料之間的差別最小。傳感器材料主要是鋼，不銹鋼和鋁。也有用鈹青銅、鑄鐵和鈦。但大多數(shù)合金能制造大量低成本、溫度適合的應(yīng)變片。最通用的是350W康銅應(yīng)變片。

高可靠性、容易制造的厚膜和薄膜傳感器對汽車應(yīng)用有較大的吸引力，這種傳感器是在表面淀積絕緣材料的陶瓷或金屬襯底上制造。用蒸發(fā)淀積工藝把傳感器材料淀積在絕緣層的頂層。用激光汽化或光掩模和化學(xué)蝕刻工藝，把感測傳感器和互連線值入金屬中。有時(shí)增加一個(gè)保護(hù)絕緣層來保護(hù)傳感器和互連線。

傳感器材料通常包括一種專用合金，所選的合金能產(chǎn)生所希望的傳感器阻抗、阻抗隨應(yīng)力的變化關(guān)系以及傳感器和基層金屬間最好的溫度系數(shù)匹配。已開發(fā)出3KW~30KW標(biāo)定傳感器和橋阻抗，已用于制造壓力和力傳感器。

惠斯登橋通常用于片、薄膜或厚膜基應(yīng)變片傳感器中。惠斯登橋把傳感器應(yīng)變所引起的阻抗變化變換為差分電壓(見圖1)。當(dāng)激勵(lì)電壓加到+Exc和-Exc端時(shí)，與應(yīng)變成比例的差分電壓呈現(xiàn)在+Vout和-Vout端。

在有源惠斯登半橋電路(圖2)中，只有2個(gè)元件是響應(yīng)于材料應(yīng)變的傳感元件。這種配置的輸出信號(一般在滿載荷時(shí)為1mV/V)是有源全橋的一半。

另一種有源全橋電路(圖3)用4