一種增強應變式力傳感器數據采集系統技術方案

本發明專利技術涉及一種增強應變式力傳感器數據采集系統，目的是解決現有技術中由于應變式力傳感器激勵電壓和A/D芯片參考電壓受到干擾而引起的數據采集系統測量誤差的問題。本發明專利技術包括電源模塊、應變式力傳感器、濾波器、A/D轉換器和數據處理器；電源模塊供給電壓；應變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接；濾波器的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接；A/D轉換器與數據處理器連接；數據處理器得到傳感器的靈敏系數；其中，供給到應變式力傳感器和A/D轉換器的參考電壓相同。本發明專利技術優點在于傳感器的靈敏度系數和標準傳感器的激勵電壓沒有關系，即傳感器的靈敏度系數不受傳感器激勵電壓波動的影響。

【技術實現步驟摘要】
一種增強應變式力傳感器數據采集系統
本專利技術屬于測控
，具體涉及一種增強應變式力傳感器數據采集系統。
技術介紹
電阻應變式傳感器是以電阻應變片為電阻轉換元件的傳感器，廣泛應用于位移、壓力、力矩、應變、溫度、濕度、光強等物理參數的測量。力值的最高傳遞標準就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器的工作原理是以金屬材料為轉換元件的應變片，其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻-應變效應。所謂應變效應是指金屬導體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長或縮短）而發生改變的一種物理現象。設有一根圓截面的金屬絲，其原始電阻值為：式中：R-金屬絲的原始電阻（Ω）ρ-金屬絲的電阻率（Ω·m）L-金屬絲的長度（m）A-金屬絲的橫截面積（m2）（A＝πD2/4）D-金屬絲的直徑當金屬絲受軸向力F作用被拉伸時，由于應變效應，其電阻值也將產生變化。其變化值為K0為單根金屬絲的靈敏系數。其物理意義為：當金屬絲發生單位長度變化（應變）時，其電阻變化率與其應變的比值，即單位應變的電阻變化率。單根金屬絲的靈敏系數K0與相同材料做成的應變片的靈敏系數K是不同的。對應變片來說，當它隨試件變形時，其電阻變化率ΔR/R＝Kε。式中，K為應變片的靈敏系數。應變片靈敏系數K定義為：當將應變片安裝在處于單向應力狀態的試件表面，使氣軸線與應力方向平行時，應變片電阻值的相對變化與沿軸向的應變之比值。它應由實驗求得。為準確求得靈敏系數K。需要進行相關試驗，并通過數據采集系統進行測量得到，通常靈敏系數K由如下公式求得。式中：U-應變式力傳感器輸出電壓；U0-應變式力傳感器激勵電壓；k-為布橋方式的系數，根據全橋、半橋等方式而確定，為公知常識；K-為靈敏度系數；ε-為應變。為準確測量傳感器輸出電壓U，通常通過濾波放大后利用模數轉換芯片將模擬信號轉化為數字信號。若使用的A/D芯片為24位模數轉換芯片，其參考電壓為U1，則電壓大小為U經過A/D轉換后的數字量為因此傳感器的靈敏度系數為：進行傳感器靈敏度系數試驗時，數據采集系統需要確保U1，U0恒定不變，通過測量數字量得到靈敏度系數大小。測量過程中很難完全保證U1，U0恒定，而且U1，U0信號非常容易受到各種干擾信號的干擾，尤其是對應變式力傳感器供電的電壓信號。由于干擾的存在給數據采集系統帶來了較大的測量誤差。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決現有技術中由于應變式力傳感器激勵電壓和A/D芯片參考電壓受到干擾而引起的數據采集系統測量誤差的問題，提供一種不受上述激勵電壓和參考電壓受到干擾影響的增強應變式力傳感器數據采集系統。本專利技術是這樣實現的：一種增強應變式力傳感器數據采集系統，包括電源模塊、應變式力傳感器、濾波器、A/D轉換器和數據處理器；電源模塊為傳感器供給激勵電壓，為A/D轉換器供給參考電壓；應變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接，將在激勵電壓下產生的應變信號發送給濾波器；濾波器的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，對接收到的信號進行濾波處理，然后將其發送給A/D轉換器；A/D轉換器與數據處理器連接，A/D轉換器將接收到的信號轉換為數字信號，并將其發送給數據處理器；數據處理器將接收到的信號進行處理，得到傳感器的靈敏系數；其中，供給到應變式力傳感器和A/D轉換器的參考電壓相同。如上所述的一種增強應變式力傳感器數據采集系統，其中，供給到應變式力傳感器和A/D轉換器的電壓來自電源模塊的同一個輸出。本專利技術為了增強應變式力傳感器數采系統抗激勵電壓干擾，對傳統的應變式力傳感器數采系統進行了改進，設計時，令U1＝U0，即應變式力傳感器和模數轉換芯片的參考電壓共用一個電壓。依據改進后的技術方案，則傳感器的靈敏度系數為：由上式可以看出傳感器的靈敏度系數和標準傳感器的激勵電壓沒有關系，即傳感器的靈敏度系數不受傳感器激勵電壓波動的影響。附圖說明圖1是現有技術的應變式力傳感器數據采集系統的結構示意圖。圖2是本專利技術所述的一種增強應變式力傳感器數據采集系統。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的一種增強應變式力傳感器數據采集系統進行介紹：如圖1所示，現有技術的應變式力傳感器數據采集系統，包括電源模塊、傳感器、濾波器、A/D轉換器和數據處理器。其中，電源模塊的輸入端與市電連接、將圖中所示的市電220V轉換為15V直流電壓，并將其提供給傳感器橋式電路的兩個輸入端和A/D轉換器的（電源輸入端），它同時為傳感器和A/D轉換器提供15V直流電壓。傳感器為橋式電路，它的兩個輸出端分別與濾波器的輸入端連接，將在激勵電壓下產生的應變信號發送給濾波器。濾波器的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，它對接收到的信號進行濾波處理，然后將其發送給A/D轉換器。A/D轉換器還與數據處理器連接，它將接收到的信號轉換為數字信號，并將其發送給數據處理器。數據處理器將接收到的信號進行處理，得到傳感器的靈敏系數。數據處理器完成下列解算，此處A/D轉換器為24位模數轉換芯片，D為A/D轉換器輸出電壓值的數字值：此處，數據處理器由單片機、計算機等組件構成。如圖2所示，以圖1所示系統的為基礎的一種增強應變式力傳感器數據采集系統，應變式力傳感器激勵電壓和A/D芯片參考電壓來自同一電源輸出，由同一參考電源模塊提供，因此，U1＝U0，可得：如此可得，傳感器的靈敏度系數和標準傳感器的激勵電壓沒有關系，即傳感器的靈敏度系數不受傳感器激勵電壓波動的影響。本專利技術采用同一參考電源模塊為應變式力傳感器激勵電壓和A/D芯片供電，消除了現有技術中由于應變式力傳感器激勵電壓和A/D芯片參考電壓受到干擾而引起數據采集系統測量誤差的問題。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增強應變式力傳感器數據采集系統，包括電源模塊、應變式力傳感器、濾波器、A/D轉換器和數據處理器；電源模塊為傳感器供給激勵電壓，為A/D轉換器供給參考電壓；應變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接，將在激勵電壓下產生的應變信號發送給濾波器；濾波器的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，對接收到的信號進行濾波處理，然后將其發送給A/D轉換器；A/D轉換器與數據處理器連接，A/D轉換器將接收到的信號轉換為數字信號，并將其發送給數據處理器；數據處理器將接收到的信號進行處理，得到傳感器的靈敏系數；其特征在于，供給到應變式力傳感器和A/D轉換器的參考電壓相同。

【技術特征摘要】
1.一種增強應變式力傳感器數據采集系統，包括電源模塊、應變式力傳感器、濾波器、A/D轉換器和數據處理器；電源模塊為應變式力傳感器供給激勵電壓，為A/D轉換器供給參考電壓；應變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接，將在激勵電壓下產生的應變信號發送給濾波器；濾波器的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，對接收到的信號進行濾波處理，然后將其發送給A/D轉換器；A...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅紅偉，王小三，宮貴明，
申請(專利權)人：北京航天計量測試技術研究所，中國運載火箭技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11