電阻應(yīng)變片直流電橋測(cè)量電路的攻略

　　在復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，研究其功耗和性能，設(shè)計(jì)它們的結(jié)構(gòu)以及研究各模塊組間的潤(rùn)滑狀態(tài)，測(cè)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(jī)械內(nèi)部運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，環(huán)境惡劣，摩擦力相 對(duì)很小，給測(cè)量帶來了很大困難，如何精確地測(cè)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(hào)通過無線收發(fā)電路進(jìn)行信號(hào)傳輸，可以先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)再把存儲(chǔ)卡里 面的數(shù)據(jù)讀入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，為復(fù)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(shí)，數(shù)據(jù)量比較大，這對(duì)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(jī)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(jì)成為該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，我們需要設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)采集和無線收發(fā)裝置。

　　測(cè)量系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)由傳感器、電源、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)處理電路和PC 機(jī)組成在實(shí)際測(cè)量時(shí)，傳感器安裝在運(yùn)動(dòng) 件上，由于采用引線裝置傳遞信號(hào)會(huì)限制機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)，因此可采用無線收發(fā)電路傳輸數(shù)據(jù)，也可采用 存儲(chǔ)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，即先把數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)卡，數(shù)據(jù)采集完之后再拿出存儲(chǔ)卡讀入到計(jì)算機(jī)，測(cè)量系 統(tǒng)原理如圖1 所示。

　　氣壓傳感器和應(yīng)變片經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路輸出0～2.5V 的電壓，可通過信號(hào)處理電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)再存入存儲(chǔ)卡，熱電偶經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路輸出12 位SPI 格式的數(shù)字信號(hào)，可由單片機(jī)直接 把信號(hào)存入存儲(chǔ)卡。存儲(chǔ)卡的容量應(yīng)能保證采集信號(hào)的時(shí)間要求(在采集頻率為3000Hz 時(shí)，選擇512M以 上的存儲(chǔ)卡可保證采集時(shí)間不少于25 分鐘)。而該測(cè)量系統(tǒng)中電阻應(yīng)變片直流電橋測(cè)量電路的設(shè)計(jì)是一 個(gè)關(guān)鍵，下面我們將對(duì)這一部分進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。

　　電阻應(yīng)變片直流電橋測(cè)量電路

　　應(yīng)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(zhǔn)(穩(wěn)壓)、電橋、濾波、放大等部分 組成，如圖2 所示。

　　測(cè)量電路所選用應(yīng)變片型號(hào)350-2AA，應(yīng)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(diǎn)，盡可能安裝少量的傳感器，因此采用直流單臂電橋來實(shí)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(yīng)變片直流電橋測(cè)量電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，當(dāng)然，在我們?cè)O(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)實(shí)際的測(cè)量需要，如系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境受到溫度、頻率及其他一些環(huán)境的影響，各測(cè) 量參數(shù)的不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也不完全相同，設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要進(jìn)行修改。本文重點(diǎn)研究的是無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)變片直流電橋的設(shè)計(jì)，為復(fù)雜的機(jī)械控制系統(tǒng)在 進(jìn)行難度較大的數(shù)據(jù)采集時(shí)，提出可行的應(yīng)變片直流電橋設(shè)計(jì)方案。