[发明专利]一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器及校准测量方法

权利要求书

1.一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，所述风洞应变天平信号基于设置在风洞中的应变天平产生，其特征在于，包括：

放大电路板，其具有8个信号放大通道，且每个通道均设置有对风洞应变天平信号进行放大的调理电路；

直通电路板，其具有8个信号直通通道；

其中，所述放大电路板、直通电路板上还分别设置有用于连接至应变天平的输入连接器P1、用于连接至数据采集终端的输出连接器P2；

所述调理电路包括：

输入放大电路，其与所述应变天平的信号输出端连接，用以对接收的应变天平电压信号进行高频滤波放大后输出单端电压信号；

低通有源滤波电路，其与所述输入放大电路连接，用以对接收到的单端电压信号中的测量噪声进行降低后输出；

差分输出电路，其与所述低通有源滤波电路连接，用以将接收到的经降噪处理后单端电压信号进行两倍放大并转换成差分信号输出；

所述输入放大电路包括仪表放大器以及电连接至其输入端的阻容滤波电路，所述阻容滤波电路的输入端与应变天平的信号输出端连接，所述仪表放大器由单片集成芯片U1和增益电阻Rg组成增益为100的放大电路；

所述低通有源滤波电路的输入端与所述仪表放大器的输出端连接，且所述低通有源滤波电路为10Hz的四阶巴特沃斯低通滤波器，所述四阶巴特沃斯低通器由两个串联的二阶巴特沃斯低通滤波电路组成；

所述差分输出电路由两个并联至所述低通滤波电路输出端的同向运算放大器U3A和反向运算放大器U3B组成，以实现单端到差分的转换以及两倍的放大；

所述输入连接器P1、输出连接器P2连接端的内壁具有间隔距离不同的两个凹槽，其中

所述输入连接器P1为应变天平信号测量提供输入接口，其包括与放大电路板连接的第一输入连接器Xs1和直通电路板连接的第二输入连接器Xs2，其内分别设置被测天平信号各通道输入引脚，被测天平桥压输入、反馈引脚以及接地引脚，所述第二输入连接器Xs2内还设置有放大供电输入引脚；

所述输出连接器P2为数据采集终端提供信号输出接口，其包括放大端输出连接器XS3和直通端输入连接器Xs4，其内分别设置有各通道信号输出引脚，被测天平桥压输入、反馈引脚槽以及接地引脚。

2.如权利要求1所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述应变天平为六分量的应变天平构成的全桥电路，所述全桥电路的信号输出端、供电端分别通过输入连接器P1与放大电路板、直通电路板通信连接，所述信号输出端包括向各通道输出差分电压信号的正端Vin+和负端VIN-，所述供电端包括全桥电路的正端VCC和负端AGND。

3.如权利要求1所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，还包括设置在所述放大电路板、直通电路板外侧以实现其与其它机构电气隔离的绝缘隔离板。

4.一种对权利要求1～3中任一项所述前置放大器中各信号放大通道进行校准并测量风洞应变天平信号的方法，其特征在于，包括：

步骤一、在所述放大电路板的输入连接器端向所述8个信号放大通道中的每个通道输入i个模拟应变天平信号Ei，然后在输出连接器端输出经每个信号放大通道放大后的i个电压值X_i，其中所述模拟应变天平信号Ei为电压值在-50～50毫伏的直流信号；

步骤二、所述数据采集终端接收各信号放大通道输出的i个电压值X_i，并基于各信号放大通道输入的i个模拟应变天平信号Ei计算出各信号放大通道的校准参数，所述校准参数通过以下公式获得：

kj=Σi=111XiΣi=111Ei-11×Σi=111XiEi(Σi=111Ei)2-11Σi=111Ei2]]>

bj=Σi=111XiEiΣi=111Ei-Σi=111XiΣi=111Ei2(Σi=111Ei)2-11Σi=111Ei2]]>

步骤三、通过风洞应变天平向放大电路板的8个信号放大通道同时输入应变天平信号；

步骤四、所述放大电路板的各通道基于接收到的应变天平信号，通过所述调理电路进行滤波放大后，输出放大后的电压信号Vout_j；

步骤五、所述数据采集终端通过所述输出连接器接收放大电路板各信号放大通道输出的电压信号Vout_j；并基于各信号放大通道校准参数k_j和b_j，采用如下公式计算出应变天平输出的电压信号Vin_j，

Vin_j＝(Vout_j-b_j)/k_j

其中，j为0-7的8个信号放大通道，b_j和k_j分别为各放大信号通道拟合直线的斜率以及截距。