[实用新型]基于恒流源供电方式的六维力传感器信号转换电路

说明书

技术领域

本实用新型属于信号转换技术领域，具体涉及一种基于恒流源供电方式的六维力传感器信号转换电路。 

背景技术

根据敏感元件在桥臂中的数量，可将应变测量电路分为单臂电桥(单桥)、双臂电桥(半桥)和四臂电桥(全桥)三种。 

六维力传感器电桥按供电方式不同，通常可分为交流电桥和直流电桥两种。其中，交流电桥中敏感元件通常是电阻、电感、电容或LRC组合回路，交流电桥需采用交流电源，频率一般选用中频；而直流电桥中敏感元件通常是电阻，按供电方式不同可分为恒压电桥和恒流电桥。 

恒压电桥，是保持电桥的输入电压恒定。在一般情况下，各桥臂应变片变形不一致，引起阻值变化量也不同，导致电桥输出电压与电阻变化率成非线性关系，传感器输出电压的精度受电源电压精度的影响。由于恒压源支路和应变片支路中存在引线电阻，在有电流通过时将产生压降，使电桥输入电压降低；并且引线电阻在环境温度变化时，也要产生温度漂移，这些因素都将引起测量误差。 

恒流电桥，是保持电桥的输入电流恒定。在一般情况下，电桥输出电压与电阻变化率也成非线性关系，但明显比恒压源供电方式下的非线性小，传感器输出电压精度受控于供电电流精度。恒流源支路和应变片支路中的引线电阻，不能改变恒定电流I的大小，即引线电阻与恒定电流无关，对电桥输入电压也不产生影响。恒流源供电方式与恒压源相比，系统的可靠性和测量精度明显提高。 

国内涉及电桥发明专利87件，实用新型专利83件，外观专利8件，内容包括交流电桥演示仪、变压器线圈电阻电桥、一种新型电桥和机械式全自动变比电桥，与电桥供电有关的专利5件，分别是“交流电桥抗干扰电源(CN101655408)”、“无共模电压应变电桥信号检测电路(CN101655408)”、“一种电桥驱动电路(CN201742315)”、“一种实验用电桥(CN465981)”和“一种实用电桥(CN2380923)”。其中，“交流电桥抗干扰电源”采用一种交流电桥抗干扰电源，应用于电力系统的高压实验方面，与本专利发明内容不相关。“无共模电压应变电桥信号检测电路”采用双电源给电桥供电，目的在于消除后级仪表放大器上出现的共模电压。“一种电桥驱动电路”采用锂电池提供的直流电源为电桥供电，与稳压电 路产生的直流电源为电桥供电没有本质区别。“一种实用电桥”提供一种交直流两用的直流稳压电源装置，本质上也是一种稳压电源为电桥供电。“一种实验用电桥”采用电压或电流可调的稳压电路为电桥供电，本质也属于直流供电方式，只不过电桥供电电压或电流可以调整。在产品批量生产过程中，电桥供电电压或电流是经过计算和进一步实验后确定的，一般不需要也不允许进一步调整，因此电压或电流可调的电桥供电方式实际工程意义不大；六路恒流源输出电流的一致对六维力传感器测量精度影响很大，理论上需要保持完全一致。可调恒流源很难满足六路输出电流一致性要求。 

针对六维力传感器电桥恒流源供电方式对六路电流一致性的特殊要求，本实用新型提供一种精确的恒流源产生模块，使电桥输出电压的灵敏度明显提高，输出电压与电阻变化率的非线性减小，且系统具有可靠性高及输出误差小等优点。 

发明内容

为了提高系统稳定性和测量精度，本实用新型的目的是提供一种新型的电桥供电方式，实现稳定输出六路一致的恒定电流。 

本实用新型所采用的技术方案是： 

基于恒流源供电方式的六维力传感器信号转换电路，包括恒流源产生模块、电桥模块、放大器模块、A/D转换模块、CAN控制模块和CAN驱动模块；

恒流源产生模块输出的恒定电流输入到电桥模块，电桥模块输出的电压信号经放大器模块放大后输入到A/D转换模块的模拟信号输入端，A/D转换模块的输出端和CAN控制模块的信号输入端连接，CAN控制模块的信号输出端和CAN驱动模块的信号输入端连接，CAN驱动模块的信号输出端和CAN总线连接。

恒流源产生模块由LM317三端可调稳压芯片和电阻R1构成。 

电桥模块的组桥方式为差动全桥，敏感元件是电阻应变片。 

放大器模块由INA122运放芯片及其外围元件构成。 

上位机与现场微处理器之间采用CAN通讯方式。 

本实用新型有益效果是：六维力传感器信号转换电路，分别选用LM317三端可调稳压芯片构建六路恒流源电路，成功解决了由于引线电阻等因素引起的测量误差；由于差动全桥对温度漂移具有自补偿作用，电桥模块采用差动全桥，可以有效的避免温度误差，提高了系统的可靠性和测量精度。