[实用新型]一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路

说明书

本实用新型提供一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路，具体涉及传感器信号转换和测量技术领域，包括桥臂电阻R3、桥臂电阻R4、桥臂电阻R1，电阻传感器R2，直流激励电压源，运算放大器，所述桥臂电阻R3、桥臂电阻R4、桥臂电阻R1、电阻传感器R2和运算放大器构成平衡的差分式放大电路结构，电阻传感器R2同时作为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的输出电压变化量正比于电阻传感器R2的相对变化率，该电路主要用于微弱信号的精密测量。

技术领域

本实用新型涉及一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路，属于电桥测量电路的微小信号测量转换技术，属于传感器信号转换和测量技术领域。

背景技术

很多传感器可以将某种物理量转换为电阻或者电容等电参数的变化，通过测量对应的电参数变化可以间接测得待测物理量。大部分情况下，这些电参数的变化及其微弱，普通的测量方法精确度和准确度都难以保证。而电桥正是测量这类微弱电阻、电容变化的有效手段。电桥是一种类似于天平的比较式测量仪器。电桥将传感器本身置身与某种平衡当中，当待测物理量无输入变化时，电桥处于平衡状态，当有物理量输入时，平衡被打破。在非平衡电桥应用中，电路通过测量不平衡量的大小测量桥臂参数的变化。在平衡电桥应用中，电路通过测量使电桥平衡的补偿量的大小测量桥臂参数的变化。

电桥具有多种形式，单臂电桥有明显的缺陷，首先输出并非期望的线性输出，其次灵敏度较低。另外传感器的初始电阻容易随温度变化而变化，无外部输入的电桥逐渐失衡，导致额外的零点输出。这些缺点大大限制了单臂电桥的使用。双臂电桥巧妙地克服了单臂电桥几乎所有的缺点：非线性变成了线性，灵敏度提高了一倍，温度漂移得到补偿。遵循同样的思路，把双臂电桥变成四臂电桥，这种形式的电桥可以进一步提高测量灵敏度而不丧失线性输出和温漂抑制的优点。然而以上改进措施的代价是引入额外的传感器，这导致了电路的成本增加。在很多情况下，难以获得随外部物理激励变化相反的两个传感器，例如气压传感器，热阻传感器，这种情况下无法使用双臂电桥或者四臂电桥。无论是单臂电桥、双臂电桥，还是四臂电桥，桥路直接输出的电压幅度非常小，非常容易被淹没于噪声当中。电桥信号需要被后级电路进一步放大。除此之外，电桥内阻的不一致会进一步增加差分运放的电阻匹配误差，从而降低整个电路的共模抑制能力。

正如前述，电桥在微弱信号测量领域中应用极为广泛。根据桥臂的数量，有几种典型的电桥变式。其中单臂电桥具有输入输出非线性、灵敏度低的缺点，双臂电桥和四臂电桥用传感器数量作为代价克服了以上缺点，但在某些显而易见的情况下，无法构造双臂或者四臂电桥。

因此需要一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路以解决上述问题，在单臂（即单传感器）情况下，解决电桥输入输出非线性、电桥灵敏度低的问题，并解决对应的单臂电桥温度漂移问题。

发明内容

（一）解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路，解决单臂电桥输入输出非线性、电桥灵敏度低的技术问题。同时，作为基本电路形式的进一步延伸，也顺带提供了一种相比与传统电桥电路，灵敏度更高、电路形式更加简洁的双臂电桥电路和四臂电桥电路。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种测量微弱信号的电阻传感器测量电路，包括：桥臂电阻R3、桥臂电阻R4、桥臂电阻R1，电阻传感器R2，直流激励电压源，运算放大器，所述桥臂电阻R3、桥臂电阻R4、桥臂电阻R1、电阻传感器R2和运算放大器构成平衡的差分式放大电路结构，参考桥臂的测量点连接运算放大器的同相端，电阻传感器R2所在桥臂的测量点连接运算放大器的反相端，电阻传感器R2同时作为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的输出电压变化量正比于电阻传感器R2的相对变化率。

优选地，所述电路还包括后级反相放大电路，所述后级反相放大电路位于电路的输出端，该后级反相放大电路将电阻传感器R2的变化信号进一步放大且使电阻传感器R2变化方向与电路的最终输出变化方向一致。