基于虚拟仪器的高精度压力信号放大系统设计

2013-04-25 13:22:39来源: 电子设计工程
1 系统设计方案
   
系统由直流稳压源提供±12 V和±5 V两种电压。设定±12 V供电时,系统电压输出满量程为5V,传感器承受静压力满量程为19.6N。满量程范围内测量时,静压力信号最大绝对误差<9.8×10-3N,相对误差<0.02%。测力传感器输出信号经放大电路后提供电压和电流两种输出方式。

2 系统硬件电路整体设计方案
   
系统整体设计流程如图1所示。系统硬件电路主要由LC7012测式力传感器、AD620仪表放大器、参考电压源以及电压调零电路、信号滤波整形电路和电压电流转换电路组成。

a.JPG


2.1 压力测量电路
   
压力测量采用LC7012测力传感器,配以全桥测量电路实现。LC7012测力传感器受到压力作用时有以下两个特点:(1)同样压力情况下传感器应变片的应变量和电桥的输出电压是常量,且与压力作用在传感器受力端的精确位置无关。(2)应变片组成的全桥电路的输出电压与压力基本成线性关系。
    LC7012测力传感器中4片电阻应变片粘贴在双孔梁的应变区,在有静压力作用时,双孔梁在压力和系统底盘对双孔梁的支持力的作用下产生四边形形变。4片应变片以全桥方式接成全桥电路,在供桥电压的激励下,随压力不同而输出不同的微弱电压信号,放大电路将电桥送来的微弱电压信号进行放大。
    全桥式等臂电桥的结构简单、对称性强、灵敏度高、各臂参数一致性好,各种干扰的影响可以相互抵消,比如可以抑制温度变化的影响,以及抑制侧向力的干扰、较方便地解决测力传感器的补偿等问题。全桥测量电路可使输出的微弱电压信号,尽可能地排除由电路本身干扰而引起的误差,为系统整体精度要求提供最初的保障。
2.2 电压信号放大电路
   
为提高电桥输出的微弱电压信号的放大精度,信号放大电路选用ADI公司生产的AD620芯片为核心原件,并为其设计专门的可调参考电压源,以满足不同电压源供电对参考电压的需求和精确放大微弱信号的需求。
    AD620是一款低成本、高精度的仪表放大器,仅需一个外部电阻来设置增益,增益范围为1~10 000 dB。且AD620功耗低,最大工作电流为1.3 mA。AD620具有高精度(最大线性度40×10-6)、低失调电压(最大50μV)和低失调漂移(最大0.6μV/℃)的特性,是传感器接口等精密数据采集系统的理想选择。
    AD620单片结构和激光晶体调整,允许电路元件紧密匹配和跟踪,从而保证电路固有的高性能。AD620为三运放集成的仪表放大器结构,为保护增益控制的高精度,其输入端的三极管提供差分双极输入,并采用β工艺获得更低的输入偏置电流,通过输入级内部运放的反馈,保持输入三极管的集电极电流恒定,并使输入电压加到外部增益控制电阻RG上。AD620内部增益电阻以调整至绝对值24.7 kΩ,因此利用一个外部电阻便可实现对增益的精确编程。
    增益公式为
    b.JPG
    AD620放大后的电压信号可通过滤波整形电路,并经由模数转换器模块用数码管以数字形式显示。为充分利用和展示虚拟仪器的功能,系统使用LabVIEW设计相应的信号采集处理程序和显示器界面。

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关键字:虚拟仪器  压力信号  放大系统  二阶插值  LabVIEW

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0425/article_7228.html
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