[发明专利]宽范围高精度的静态单臂桥电阻型应变测量信号调理系统

权利要求书

1.一种宽范围高精度的静态单臂桥电阻型应变测量信号调理系统，其特征在于，包括应变传感器以及与应变传感器连接的用于将力学应变量转化为微伏级的电压量的应变信号转换功能块，所述应变信号转换功能块的输出端依次连接固定增益放大功能块、滤波模块、程控放大模块和微控制器功能块，应变信号转换功能块还依次连接有用于给应变信号转换功能块提供电源的桥源功能块和用于实时采集桥源电压的桥压实时回采功能块，所述桥压实时回采功能块与所述微控制器功能块连接，所述固定增益放大功能块的参考端与微控制器功能块之间还连接有硬件归零功能块；所述桥源功能块采用专用电源集成电路，所述桥压实时回采功能块依据桥源功能块允许误差设计和计算模数转换最低位数；所述固定增益放大功能块采用低噪声差分输入型仪表放大器，所述低噪声差分输入型仪表放大器的正负输入端分别连接有接地电容，固定增益放大功能块与程控放大模块之间连接有极间电容，所述固定增益放大功能块的增益A₁设计方法为：

步骤S100：计算空载下的固定增益放大功能块的最大输入等效偏差电压具体包括：

步骤S110：计算等臂电桥的单臂应变测试中，空载下由于电阻精度误差所致的输出电压偏差ΔU_in：

其中：K表示应变传感器的灵敏度系数；U_s表示惠斯登电桥电压；R₁表示单臂应变传感器的特征阻值；R₂～R₄分别表示等臂电桥中桥臂电阻；ΔR₂～ΔR₄分别表示桥臂电阻的误差值，ΔR₁表示单臂应变传感器特征阻值的最大偏差值；e₂～e₄分别表示桥臂电阻的误差率，其中e₁表示单臂应变传感器偏离特征阻值的最大误差率；

步骤S120：固定增益放大器的内部噪声所致的等效输入噪声电压ΔU_nrms的计算方法为：

其中：B为静态应变测量中设计的低通滤波带宽；

V_n为固定增益放大功能块的等效输入噪声电压；

步骤S130：计算空载下的固定增益放大功能块的最大输入等效偏差电压

步骤S200：确定固定增益放大功能块的增益A₁，具体为：

根据空载下的固定增益放大功能块的最大输入等效偏差电压确定固定增益放大功能块的增益A₁，

其中，U_RefAdS为固定增益放大功能块的参考电压；为程控放大模块的最小增益值。

2.根据权利要求1所述的宽范围高精度的静态单臂桥电阻型应变测量信号调理系统，其特征在于，所述程控放大模块包括程控增益放大功能块、ADC和程控增益电阻，所述程控增益放大功能块的输入端连接所述滤波模块，程控增益放大功能块的输出端连接所述ADC的输入端，所述ADC的输出端与所述微控制器功能块连接。

3.根据权利要求2所述的宽范围高精度的静态单臂桥电阻型应变测量信号调理系统，其特征在于，所述程控增益放大功能块的程控增益其中i标识程控增益级别，i＝1,2,3,4；程控增益的选择方法为：

步骤A1：测试前设定程控增益放大功能块的初始增益为最高级增益

步骤A2：判断程控增益放大功能块放大后的信号U_in是否在之间；若在区间内，则增益不调整，当前增益为本次测量选择的增益，结束；

若高于上限值，则进入下一步：

步骤A3：降低一级程控增益级别，返回步骤A2。

4.根据权利要求3所述的宽范围高精度的静态单臂桥电阻型应变测量信号调理系统，其特征在于，还包括：

步骤A4：后续测量中以上次测量的增益为增益初值；

步骤A5：测量后判断放大后的信号是否在之间，

如果是，则选择当前增益为本次测量选择的增益，结束；

若高于上限值，则进入步骤A6；

若低于下限值，则进入步骤A7；

步骤A6：降低一级程控增益级别，返回步骤A5；

步骤A7：提高一级程控增益级别，返回步骤A5。