[发明专利]一种提高差动电阻式传感器灵敏度的电路及其方法

说明书

本发明公开了一种提高差动电阻式传感器灵敏度的电路及其方法，差动电阻R1串联差动电阻R2，R1和R2变化方向相反，差动电阻R3串联差动电阻R4，R3和R4变化方向相反，R3和R4并联在R1和R2的两端，R3和R1变化方向相反；R1与R2连接线上的中间抽头A点引出一根输出信号线a，R3与R4连接线上的中间抽头B点引出一根输出信号线b。本发明再增加一组与原有差动电阻变化方向相反、阻值相同的差动电阻，两组差动电阻组成机械上为差动结构、电气上为串联形式的感应部件，从而在两对差动电阻的两个中间连接点之间形成一种呈差动变化的桥式电路，使差动电阻式传感器有效变化信号单独输出且原始输出信号得到放大，提高对差动电阻式传感器实际变化信号的解析度。

技术领域

本发明涉及一种提高差动电阻式传感器灵敏度的电路和一种提高差动电阻式传感器灵敏度的方法，属于差动电阻式传感器技术领域。

背景技术

差动电阻式传感器是大坝安全监测领域内的一类应用广泛的重要监测仪器，该类仪器具有长期稳定性好、观测结果规律性强和性价比高等诸多优点。在不受温度影响下通过测量差动电阻式传感器内部差动电阻的电阻比，可用于测量混凝土的应力、应变、裂缝和渗压等。通过测量电阻值本身的变化，还可以测量差动电阻式传感器所在环境温度的变化。

现有常规差动电阻式传感器的测量一般都采用恒流源激励的方法来测量，常规的差动电阻式传感器内部核心敏感部件为2根材料相同、阻值接近或相等、机械结构呈差动、电气结构上为串联的金属电阻丝，如图2和图3所示。当传感器感应到外部某一方向轴向变形时，其中一个电阻的阻值变大（如，R₁'=R₁+δ），另一个电阻的阻值变小（如，R₂'=R₂– δ）；外部变形方向改变（相反）时，其内部的2个差动电阻的阻值大小变化趋势也随之改变（如，R₁'=R₁– δ，R₂'=R₂+ δ）。利用传感器的电阻比 与外部变形存在一一对应的关系，通过测量R1和R2的阻值即可以得到仪器受到的具体变形量或相关的应力应变值等。电阻和与传感器温度有关，可以用于传感器所在的环境温度的测量。

测量时，测量仪表内的参考电阻Rs与传感器内部的两个差动电阻R₁和R₂形成串联回路并施加恒流源激励，Rs的阻值为已知值，测量恒流源流过Rs、R₁和R₂两端后形成的电压降Vs、V₁和V₂，即可计算出R₁和R₂当前的实际阻值，从而计算电阻比、电阻和。

受材料特性限制，现有传感器内部的两个差动电阻R₁和R₂的变化范围相对来说都比较小，变化范围在R₁、R₂本身的1.5%左右，因为在传感器现有结构条件下无法将R₁、R₂的变化部分分离出来，只能把R₁、R₂作为一个整体来测量，这就导致在测量时，R₁、R₂的变化部分只能对应测量电路中A/D转换器有效量程中的一小部分，即对应1.5%左右，无法充分利用已有A/D的有效输出位数来提高对R₁、R₂的变化部分的分辨率。虽然理论上可以通过采用更高有效输出位数的A/D来进一步提升对传感器变化信号的分辨率，但受市场可提供的技术所限，提升空间有限，且代价较大。