[发明专利]载波激励应变式称重系统及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变称重系统，特别涉及一种采用载波电压信号进行激励的应变称重系统，以及其载波激励方法。

背景技术

现有的应变式称重系统是由重力信号的变换和测量两个环节组成的：

重力信号的变换：把电阻应变计粘贴到受力弹性物体的表面，在外力W作用下，弹性物体表面的微小变形造成应变计被拉伸或压缩，致使其阻值发生变化，这个阻值变化量表征了弹性物体所受作用力的大小。把四个应变计按规则连接起来组成惠斯通电桥，给电桥施加一个电压信号作为激励，随着弹性物体所受外力的变化，电桥输出的测量电压信号Vout将会按比例变化。

重力信号的测量：把应变计电桥输出的测量电压信号Vout输送给后续的电子测量电路，进行信号放大、滤波、调节、补偿、校准、模数转换、计算等测量处理功能，最终还原出所施加的被测试外力W的大小。

现有的应变式称重系统是采用直流激励技术的，它的工作特征是：给电阻应变计测量电桥提供一个直流电压信号作为激励，电桥输出的测量信号Vout也是直流电压信号，然后这个直流电压测量信号进入到后续电子测量电路中，进行直流信号放大等一系列处理。

这种直流激励技术存在着以下缺点：

①当直流电压测量信号Vout进入后续的放大器进行直流信号放大时，放大器的输出信号将会被叠加上较大的来自放大器本身的噪声。

对于运算放大器这样的模拟器件来说，其信号输入端的噪声电压密度Dnoise与信号频率F之间的关系基本上如附图1所示，从图上可以看出，在直流信号附近的1Hz频率点上的噪声电压密度Dnoise是最大的，从附图2可以看到，在0.1Hz---10Hz这段最大噪声电压密度区间的噪声电压峰值Vpp达到了uV级的水平。

在额定外力作用下，电桥输出的最大电压测量信号记为VoutFS，为了使有效测量信号在通过放大器时不被噪声所淹没，通常总是设置一个测量分度值d所代表的输入信号电压大于噪声电压的峰值Vpp，例如设置1d＝2Vpp，这样的话整个系统的测量分辨率为：

Res＝2Vpp/VoutFS........................公式(1)

从上式可见，如果噪声电压的峰值Vpp越大，则测量系统的测量分辨率就越低。

②当直流电压测量信号进入后续的放大器进行直流信号放大时，放大器

的输出信号Vop_out将会随着工作时间推延和环境温度变化而飘移。

对于运算放大器这样的模拟器件来说，其信号输入端天然存在着偏置电压ΔVos，而且这个偏置电压会随着环境温度的变化而飘移，也会随着工作时间的推延而飘移。按照放大器电路的工作原理，当设置它的增益为Gain后，其输入信号Vout与输出信号Vop_out的关系式为：

Vop_out＝Gain*(Vout+ΔVos)........................公式(2)

这个ΔVos始终叠加在输入信号上，即使电桥输出的直流电压测量信号是很稳定的，它经过放大器后的输出信号也会出现温度飘移和时间飘移，从而影响到测量系统长期工作的稳定性。

③当直流电压测量信号进入后续电子电路进行信号处理时，容易受到从电源系统传导进来的工频杂波的干扰。

采用市电作为工作电源的测量系统，必然会从电源线上传导进来很多50Hz或60Hz的杂波干扰信号，这种工频干扰信号的功率在各个频率点上的分布情况如图3所示，从图上可以看出，在工频点附近的干扰功率是最大的，随着频率值的增加其干扰功率会逐步降低。

显然，对于处理直流电压信号的测量系统来说，信号在电子电路的各个环节中传递时，所受到的工频干扰的能量是最大的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种信号分辨率高，可长期稳定性工作的一种载波激励应变式称重系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种载波激励应变式称重系统，包括应变计测量电桥，所述应变计测量电桥的输入端与一载波激励信号发生模块连接，所述应变计测量电桥的输出端与一交流放大器连接，所述交流放大器的输出端与解调器连接，所述解调器还与解调参照信号发生模块连接，所述解调器的输出端与一信号选择模块连接，所述信号选择模块的输出端为系统输出端。