專(zhuān)利名稱(chēng)：基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
根據(jù)敏感元件在橋臂中的數(shù)量，可將應(yīng)變測(cè)量電路分為單臂電橋(單橋)、雙臂電橋(半橋)和四臂電橋(全橋)三種。六維力傳感器電橋按供電方式不同，通?？煞譃榻涣麟姌蚝椭绷麟姌騼煞N。其中， 交流電橋中敏感元件通常是電阻、電感、電容或LRC組合回路，交流電橋需采用交流電源， 頻率一般選用中頻；而直流電橋中敏感元件通常是電阻，按供電方式不同可分為恒壓電橋和恒流電橋。恒壓電橋，是保持電橋的輸入電壓恒定。在一般情況下，各橋臂應(yīng)變片變形不一致，引起阻值變化量也不同，導(dǎo)致電橋輸出電壓與電阻變化率成非線性關(guān)系，傳感器輸出電壓的精度受電源電壓精度的影響。由于恒壓源支路和應(yīng)變片支路中存在引線電阻，在有電流通過(guò)時(shí)將產(chǎn)生壓降，使電橋輸入電壓降低；并且引線電阻在環(huán)境溫度變化時(shí)，也要產(chǎn)生溫度漂移，這些因素都將引起測(cè)量誤差。恒流電橋，是保持電橋的輸入電流恒定。在一般情況下，電橋輸出電壓與電阻變化率也成非線性關(guān)系，但明顯比恒壓源供電方式下的非線性小，傳感器輸出電壓精度受控于供電電流精度。恒流源支路和應(yīng)變片支路中的引線電阻，不能改變恒定電流I的大小，即引線電阻與恒定電流無(wú)關(guān)，對(duì)電橋輸入電壓也不產(chǎn)生影響。恒流源供電方式與恒壓源相比，系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度明顯提高。國(guó)內(nèi)涉及電橋發(fā)明專(zhuān)利87件，實(shí)用新型專(zhuān)利83件，外觀專(zhuān)利8件，內(nèi)容包括交流電橋演示儀、變壓器線圈電阻電橋、一種新型電橋和機(jī)械式全自動(dòng)變比電橋，與電橋供電有關(guān)的專(zhuān)利5件，分別是“交流電橋抗干擾電源(CN101655408)”、“無(wú)共模電壓應(yīng)變電橋信號(hào)檢測(cè)電路(CN101655408) ”、“一種電橋驅(qū)動(dòng)電路(CN201742315) ”、“一種實(shí)驗(yàn)用電橋 (CN465981) ”和“一種實(shí)用電橋(CN2380923) ”。其中，“交流電橋抗干擾電源”采用一種交流電橋抗干擾電源，應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓實(shí)驗(yàn)方面，與本專(zhuān)利發(fā)明內(nèi)容不相關(guān)。“無(wú)共模電壓應(yīng)變電橋信號(hào)檢測(cè)電路”采用雙電源給電橋供電，目的在于消除后級(jí)儀表放大器上出現(xiàn)的共模電壓?！耙环N電橋驅(qū)動(dòng)電路”采用鋰電池提供的直流電源為電橋供電，與穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的直流電源為電橋供電沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別?！耙环N實(shí)用電橋”提供一種交直流兩用的直流穩(wěn)壓電源裝置，本質(zhì)上也是一種穩(wěn)壓電源為電橋供電?！耙环N實(shí)驗(yàn)用電橋”采用電壓或電流可調(diào)的穩(wěn)壓電路為電橋供電，本質(zhì)也屬于直流供電方式，只不過(guò)電橋供電電壓或電流可以調(diào)整。 在產(chǎn)品批量生產(chǎn)過(guò)程中，電橋供電電壓或電流是經(jīng)過(guò)計(jì)算和進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)后確定的，一般不需要也不允許進(jìn)一步調(diào)整，因此電壓或電流可調(diào)的電橋供電方式實(shí)際工程意義不大；六路恒流源輸出電流的一致對(duì)六維力傳感器測(cè)量精度影響很大，理論上需要保持完全一致?？烧{(diào)恒流源很難滿(mǎn)足六路輸出電流一致性要求。針對(duì)六維力傳感器電橋恒流源供電方式對(duì)六路電流一致性的特殊要求，本實(shí)用新型提供一種精確的恒流源產(chǎn)生模塊，使電橋輸出電壓的靈敏度明顯提高，輸出電壓與電阻變化率的非線性減小，且系統(tǒng)具有可靠性高及輸出誤差小等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和測(cè)量精度，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的電橋供電方式，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出六路一致的恒定電流。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括恒流源產(chǎn)生模塊、電橋模塊、放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制模塊和CAN驅(qū)動(dòng)模塊；恒流源產(chǎn)生模塊輸出的恒定電流輸入到電橋模塊，電橋模塊輸出的電壓信號(hào)經(jīng)放大器模塊放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和CAN控制模塊的信號(hào)輸入端連接，CAN控制模塊的信號(hào)輸出端和CAN驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端連接， CAN驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸出端和CAN總線連接。恒流源產(chǎn)生模塊由LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片和電阻Rl構(gòu)成。電橋模塊的組橋方式為差動(dòng)全橋，敏感元件是電阻應(yīng)變片。放大器模塊由INA122運(yùn)放芯片及其外圍元件構(gòu)成。上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)微處理器之間采用CAN通訊方式。本實(shí)用新型有益效果是六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，分別選用LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片構(gòu)建六路恒流源電路，成功解決了由于引線電阻等因素引起的測(cè)量誤差；由于差動(dòng)全橋?qū)囟绕凭哂凶匝a(bǔ)償作用，電橋模塊采用差動(dòng)全橋，可以有效的避免溫度誤差，提高了系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度。本實(shí)用新型所具有的特點(diǎn)是1.采用LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片，通過(guò)外部串聯(lián)電阻分壓，實(shí)現(xiàn)為電橋提供恒定電流，此供電方式輸出的電壓與電阻變換率的非線性小，且避免了引線電阻等因素引起的測(cè)量誤差，保證了傳感器的測(cè)量精度；2.電橋模塊采用差動(dòng)全橋，這種橋路輸出電壓的靈敏度約為差動(dòng)半橋的兩倍，為單臂橋的四倍；在各橋臂參數(shù)一致的情況下，差動(dòng)全橋?qū)囟雀蓴_量可以相互抵消，成功解決了單橋或半橋由于溫度漂移引起的測(cè)量誤差問(wèn)題。在工作臂允許功耗一定的情況下，利用全橋?qū)⒃试S功耗分配到4個(gè)工作臂上去，可以獲得最大的負(fù)載功率；3.采用C8051F040微處理器，其自帶A/D轉(zhuǎn)換器和CAN控制器，有效簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微小型，具有良好的實(shí)用性。

圖1為本實(shí)用新型原理框圖。圖2為本實(shí)用新型信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，基于恒流源供電方式六的維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括恒流源產(chǎn)生模塊、電橋模塊、放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制模塊和CAN驅(qū)動(dòng)模塊。當(dāng)六維力傳感器彈性體在外力作用下產(chǎn)生變形時(shí)，貼在彈性體上應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，電阻應(yīng)變片組橋方式為差動(dòng)全橋，電橋供電方式為恒流源，電橋輸出力信息的電信號(hào)。此電信號(hào)通常是毫伏級(jí)，很難滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換模塊的要求，故此電信號(hào)需經(jīng)放大電路進(jìn)一步放大處理，放大后的電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊，可將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)CAN控制模塊和 CAN驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至CAN總線，供上位機(jī)讀取。各模塊的功能如下1)恒流源產(chǎn)生模塊恒流源模塊選用LM317芯片，主要功能是為電橋提供恒定的電流。根據(jù)LM317輸出端(2腳)和調(diào)節(jié)端(1腳)在正常工作時(shí)，兩端間的穩(wěn)定電壓為1.25V，因此在LM317回路
輸出恒定電流J與調(diào)節(jié)電阻戽之間關(guān)系為
權(quán)利要求1.基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括恒流源產(chǎn)生模塊、電橋模塊、放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制模塊和CAN驅(qū)動(dòng)模塊；其特征在于恒流源產(chǎn)生模塊輸出的恒定電流輸入到電橋模塊，電橋模塊輸出的電壓信號(hào)經(jīng)放大器模塊放大后輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和CAN控制模塊的信號(hào)輸入端連接，CAN控制模塊的信號(hào)輸出端和CAN驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端連接，CAN 驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸出端和CAN總線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于恒流源產(chǎn)生模塊由LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片和電阻Rl構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于電橋模塊的組橋方式為差動(dòng)全橋，敏感元件是電阻應(yīng)變片。
4.如權(quán)利要求1所述的基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于放大器模塊由INA122運(yùn)放芯片及其外圍元件構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于恒流源供電方式的六維力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)六維力傳感器彈性體受外力作用出現(xiàn)變形時(shí)，貼在彈性體表面應(yīng)變片的阻值將出現(xiàn)變化。電阻應(yīng)變片組成全橋并采用恒定電流供電，電橋輸出的電信號(hào)反映了彈性體受力狀況。電橋輸出信號(hào)一般只有毫壓級(jí)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路進(jìn)一步放大后，才能滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換電路的要求。A/D轉(zhuǎn)換模塊將放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)CAN控制模塊和CAN驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)時(shí)發(fā)送到CAN總線，供上位機(jī)讀取。本實(shí)用新型通過(guò)構(gòu)建六路一致的恒流源電路，成功解決了由于引線電阻等因素引起的測(cè)量誤差，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01L1/22GK202255709SQ20112038364
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者衛(wèi)然, 張菀, 汪志紅, 許德章 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)