信號調(diào)理電路在測壓系統(tǒng)中的作用

20世紀(jì)90年代，傳感器與微型電子記錄儀組為一體的存儲(chǔ)測試產(chǎn)品在國際上出現(xiàn)。存儲(chǔ)測試技術(shù)是從七十年代開始的一種新的彈上參數(shù)的測試方法，它是在不影響被測對象或影響在允許范圍的條件下，在被測體內(nèi)置入微型數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)測試儀，現(xiàn)場實(shí)時(shí)完成信息的快速采集與記憶，事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)測試信息的一種動(dòng)態(tài)測試技術(shù)。電子測壓器就是存儲(chǔ)測試技術(shù)的典型產(chǎn)品，它用于膛內(nèi)壓力內(nèi)實(shí)測膛壓參數(shù)，該動(dòng)態(tài)壓力參數(shù)是評定火炮、火藥裝藥、彈丸和引信等的彈道性能好壞的重要依據(jù)。

信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)

信號調(diào)理電路在測壓系統(tǒng)中的作用

信號調(diào)理的目的是便于信號的傳輸與處理，其作用可以歸納為以下三點(diǎn):

a)傳感器輸出的電荷信號要轉(zhuǎn)化成后續(xù)電路可以處理的電信號。

b)傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到記錄儀器中去，需要前置放大器對電信號進(jìn)行放大。

c)電信號中混雜有干擾噪音，在檢測電路中需要設(shè)置濾波電路，目的是去除混雜在有用信號中的各種干擾，通過消除噪音來提高信噪比，對零位誤差和增益誤差進(jìn)行補(bǔ)償和修正。

調(diào)平衡電路

由于電橋電阻的初始電阻值不完全相同，再加上連接導(dǎo)線電阻的串入，在未感受應(yīng)變時(shí)，電橋存在初始不平衡，如果太嚴(yán)重將占據(jù)儀器的動(dòng)態(tài)范圍，影響儀器的正常工作。儀表放大器除了對微弱的信號進(jìn)行線性放大，還擔(dān)負(fù)著匹配和抗共模干擾的任務(wù)，因此，要求儀表放大器具有高共模抑制比、高速度、寬頻帶、高精度、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪音。

自動(dòng)調(diào)平電路由X9C103、全橋電路以及附加適當(dāng)?shù)拈T電路組成。

本文設(shè)計(jì)的應(yīng)變測量電橋由工作電阻應(yīng)變片、溫度補(bǔ)償電阻應(yīng)變片和兩個(gè)與所選電阻應(yīng)變片阻值相等的精密電阻組成。但由于這四個(gè)電阻的初始電阻值不完全相同，再加應(yīng)變片與測量電路之間需要用導(dǎo)線連接，由于導(dǎo)線本身存在一定的電阻，而且它和電阻應(yīng)變片串聯(lián)在測量電路的橋臂上，所以導(dǎo)線的電阻也是橋臂電阻的一部分，但它本身不參加變形。在未感受應(yīng)變時(shí)，使電橋存在初始的不平衡。如果此初始不平衡太嚴(yán)重，測量結(jié)果將存在一定的誤差。為了提高測量精度，有必要對初始電阻及導(dǎo)線引起的誤差進(jìn)行修正。

電阻平衡調(diào)節(jié)電路如圖2所示。

如圖1所示，平衡電路由固定電阻Rb和電位器Ra組成。其中心抽頭將Ra分成xRa和(1-x)Ra兩部分。如圖2所示，x可從0變化到1，當(dāng)x=0時(shí)電位器的抽頭連接到C點(diǎn)，使得Rb和R2 并聯(lián)。當(dāng)x=1時(shí)電位器的抽頭連接到A點(diǎn)，使得Rb和R1 并聯(lián)。

圖1 電橋調(diào)平電路

儀表放大電路

在大多數(shù)儀器和測量裝置中，電橋的輸出端接到放大器的輸入端，因現(xiàn)代集成放大器的輸入阻抗往往在10MΩ以上。在這種接法中，電橋的輸出電流小到可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為電橋的輸出對角是開路的。

本文設(shè)計(jì)的應(yīng)變測量放大電路，選用美國TI公司的INA128，它是一種低電壓通用型儀表放大器。由于特性優(yōu)良，加之體積小，并可用一個(gè)外部電阻方便地從1到10000設(shè)定增益，使得INA128能夠廣泛應(yīng)用于信號采集放大、醫(yī)用儀器及多通道系統(tǒng)等很多領(lǐng)域，可以在低至±2.25V的電源電壓下工作并且靜態(tài)工作電流很小，是便攜式和其它用電池供電系統(tǒng)的理想器件。

圖2 電橋調(diào)平原理圖

圖3 典型的儀表放大器原理圖

圖4 INA128外部引腳圖

放大器由兩級串聯(lián)，前級是兩個(gè)同項(xiàng)放大器，為對稱結(jié)構(gòu)，輸入信號加在A1、A2的同項(xiàng)輸入端，從而具有高抑制共模干擾的能力和高輸入阻抗。后級是差動(dòng)放大器，它不僅切斷共模干擾的傳輸，還將雙端輸入方式變換成單端輸出的方式，適應(yīng)對地負(fù)載的需要。

INA128采用激光刻蝕，有低閥值電壓(50μV/℃)和高常規(guī)模式下的衰減，及較低供電電壓，可低至供電靜態(tài)電流僅有700A，所以，電池供電很理想。內(nèi)部輸入保護(hù)可在40V內(nèi)而不受損壞。