[发明专利]一种宽量程高灵敏度电阻应变测量系统

说明书

本发明公开了一种宽量程高灵敏度电阻应变测量系统，涉及传感器测量领域。主要由改进的电桥电路和量程扩展的方法构成。在电桥输出电压经放大后超出模数转换器采样要求时，由微控制器调节数字电位器滑动端位置，进而使得电桥输出电压满足模数转换器采样要求，然后根据预实验结果对采样电压进行补偿，实现量程的扩展。本发明解决了微小信号测量时的灵敏度和量程的矛盾，实现了高灵敏度宽量程的电阻应变测量。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种宽量程高灵敏度电阻应变测量系统。

背景技术

在传感器测量电路设计过程中，一般要考虑放大电路的增益与模数转换器输入电压范围之间的匹配关系。而为使传感信号具有较高的灵敏度，需要较大的放大器增益，但这导致满足模数转换器输入电压要求的信号范围降低，也即量程减小。因此，现有接口电路难以同时保证传感信号的灵敏度和量程。

发明内容

本发明的目的是解决传感信号的灵敏度和量程间的矛盾问题，提供一种宽量程高灵敏度电阻应变测量系统。

本发明的技术方案

一种宽量程高灵敏度电阻应变测量系统，包括：单臂电桥电路，电桥调零电路，放大电路，模数转换器，微控制器；所述电桥调零电路由数字电位器(DCP)及定值电阻构成，数字电位器高端和低端分别接单臂电桥电路输出的两端(B、C)，数字电位器滑动端接定值电阻(R₂)，定值电阻另一端接电桥电路激励的正极或负极(A或D)；单臂电桥电路为惠斯电桥电路，所述惠斯电桥电路依次连接放大电路、模数转换器和微控制器，所述微控制器同时连接数字电位器的控制输入。

本发明同时提供了采用所述宽量程高灵敏度电阻应变测量系统进行量程扩展的方法，当放大电路输出电压不在ADC要求输入电压范围内时，测量系统会自动进行量程扩展，方法包括：

(1)由所述微控制器调节所述DCP滑动端的位置使得所述放大电路输出电压在ADC要求的输入电压范围内；

(2)基于所述DCP滑动端的位置变化，对目前采样电压予以补偿。

对采样电压予以补偿的方法：

(1)通过预实验，施加外力使得应变计产生应变，记录外力大小和采样电压；

(2)在DCP滑动端不同位置分别应用最小二乘法拟合直线；

(3)计算相邻直线间的距离作为所述DCP滑动端变化一次的补偿值。

本发明的范围由权利要求限定，其通过引用被合并在该部分中。本领域技术人员将能够通过考虑以下实施例的具体实施方式更完整地理解本发明的实施例，并且认识到关于本发明的其他优点。

本发明的优点和积极效果：

应用本发明可以将放大电路的增益设置得更高，然后通过量程扩展实现宽量程高灵敏度的电阻应变测量。

附图说明

图1是宽量程高灵敏度电阻应变测量系统电路示意图；

图2是机器人辅助外科手术工具示意图；

图3标定台示意图；

图4是标定及量程扩展结果曲线：(a)是原始数据与分段拟合，(b)是DCP滑动端位置变化；

图5是对采样电压进行量程扩展的结果；