一种车辆称重检测电路的制作方法

本实用新型涉及车辆称重技术领域，尤其涉及一种车辆称重检测电路。

背景技术：

超载超限车辆不但会对现行路面以及桥梁带来严重的破坏，也会给行车安全带来巨大隐患，动态称重系统可以有效帮助交通部门整治车辆超载超限现象，动态称重系统的核心部件是称重传感器，目前使用较多的是压电薄膜传感器，具有路面开挖量小、响应速度快、体积小且易于安装等优点。

压电薄膜传感器的输出信号为电荷信号，由于压电材料自身的电阻是有限的，因此其电荷会慢慢漏掉，需要利用电荷放大器和阻抗变换把信号放大并转换为容易测量的电压信号。电荷放大器的噪声主要来自输入级元器件和输入电缆，电路的干扰主要是50赫兹的交流通过杂散电容耦合到输入端形成的，电荷放大器的零点漂移主要是由输入级差动晶体管电路的失调电压和失调电流产生的，若输入级采用场效应管，则输入偏置电流很小，失调电压是引起零点漂移的主要原因。传统车辆称重检测电路中采用的电荷放大器无法有效抑制上述噪声干扰及零点漂移。

技术实现要素：

有鉴于此本实用新型提出了一种车辆称重检测电路，以解决传统车辆称重检测电路的电荷放大器无法有效抑制噪声干扰及零点漂移的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种车辆称重检测电路，包括压电薄膜传感器、电荷放大器、数据采集器及工控机，所述压电薄膜传感器、所述电荷放大器、所述数据采集器及所述工控机依次电性连接，所述电荷放大器包括电荷放大电路、电压跟随器、反相放大电路及差分放大器；

所述压电薄膜传感器的输出端与所述电荷放大电路的输入端相连，所述电荷放大电路的输出端分别连接所述电压跟随器、所述反相放大电路的输入端，所述电压跟随器的输出端连接所述差分放大器的反相输入端，所述反相放大电路的输出端连接所述差分放大器的同相输入端，所述差分放大器的输出端连接所述数据采集器。

可选的，所述电荷放大电路、所述电压跟随器、所述反相放大电路及所述差分放大器均采用opa128芯片。

可选的，所述电荷放大电路、所述电压跟随器、所述反相放大电路及所述差分放大器中运算放大器的正负供电端均经电容接地。

可选的，所述电荷放大电路包括运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电容c2；

所述压电薄膜传感器的输出端经电阻r1连接运算放大器u1的反相输入端，运算放大器u1的输出端分别连接所述电压跟随器、所述反相放大电路的输入端，运算放大器u1的输出端还经电阻r2连接运算放大器u1的反相输入端，运算放大器u1的输出端还经电容c2连接运算放大器u1的反相输入端，运算放大器u1的同相输入端接地。

可选的，所述电荷放大电路还包括电容c1和电容c3，电容c1接入所述压电薄膜传感器的输出端与运算放大器u1的反相输入端之间，电容c3与电阻r1并联。

可选的，所述电荷放大电路还包括电阻r3，运算放大器u1的同相输入端经电阻r3接地。

可选的，所述反相放大电路包括运算放大器u3、电阻r4、电阻r5、电阻r6；

所述电荷放大电路的输出端经电阻r4连接运算放大器u3的反相输入端，运算放大器u3的同相输入端经电阻r5接地，运算放大器u3的输出端连接所述差分放大器的同相输入端，运算放大器u3的输出端还经电阻r6连接运算放大器u3的反相输入端。

本实用新型的车辆称重检测电路相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型车辆称重检测电路的电荷放大器采用了差分放大的电路结构，可有效抑制电荷放大器的零点漂移和噪声干扰，有利于提高车辆称重检测的精度；

(2)本实用新型的电荷放大电路通过接入多个电容和电阻，可避免电荷放大电路的自激振荡、防止因传感器内阻过小而产生的零漂、平衡运放的失调电压，进一步抑制了电荷放大器的零点漂移和噪声干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的车辆称重检测电路的结构框图；

图2为本实用新型的电荷放大器的电路图。

附图标记说明：10-电荷放大电路；20-电压跟随器；30-反相放大电路；40-差分放大器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的车辆称重检测电路包括压电薄膜传感器、电荷放大器、数据采集器及工控机，压电薄膜传感器、电荷放大器、数据采集器及工控机依次电性连接，电荷放大器包括电荷放大电路10、电压跟随器20、反相放大电路30及差分放大器40。

一般的，压电薄膜传感器的作用是当车辆轮胎作用在它上面时，将力信号转换为电荷信号并将其输出；电荷放大器负责将传感器采集到的电荷信号放大并将其转换为电压信号；数据采集器负责将电荷放大器放大后的模拟电压信号转换为数字电压信号，传输进工控机中，再由工控机进行数据处理分析得出车辆重量。本实施例的压电薄膜传感器、数据采集器、工控机的具体电路结构及原理均与传统方案相同，在此不再赘述。

一般对运算放大器的要求主要在于高增益、高输入阻抗、低漂移、宽频带，本实施例中电荷放大器的输出漂移量只与输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流有关，要减小输出漂移就必须考虑这些因素的影响。基于以上因素的考虑，电荷放大电路10、电压跟随器20、反相放大电路30及差分放大器40均采用opa128芯片构成的运放电路，为了防止电源波动对信号的影响，电荷放大电路10、电压跟随器20、反相放大电路30及差分放大器40中运放的正负供电端均经电容接地。

具体的，如图2所示，电荷放大电路10包括运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4及电容c5，压电薄膜传感器的输出端依次经电容c1、电阻r1连接运算放大器u1的反相输入端，运算放大器u1的输出端分别连接电压跟随器20、反相放大电路30的输入端，运算放大器u1的输出端还经电阻r2连接电容c1、电阻r1的公共端，运算放大器u1的输出端还经电容c2连接压电薄膜传感器的输出端、电容c1的公共端，运算放大器u1的同相输入端经电阻r3接地，运算放大器u1的供电端正极+vcc经电容c4接地，运算放大器u1的供电端负极-vcc经电容c5接地。其中，运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电容c2构成了传统方案中最常见的电荷放大电路10；电阻r1可避免因电流过大而烧坏运算放大器u1，对集成运放起输入保护作用；电阻r3用于平衡偏置电流带来的运算放大器u1输入端的电压失调值；电容c1用于了防止因压电薄膜传感器内阻过小而产生的零漂；电容c3用于了避免电阻r1与集成运放的输入电容给电荷放大电路10增加一个附加的极点并产生90°的附加相移，使电荷放大电路10不稳定而产生自激振荡。

电荷放大电路10的实质可以看作是一个负反馈积分放大器，因此反馈电容的选择标准应该选用泄露电阻大(如薄膜电容、聚苯乙烯电容等)以及吸附效应小(如聚苯乙烯电容、聚碳酸脂电容器等)的反馈电容。本实施例优选电容c2为聚苯乙烯电容。对于电容量的大小问题，既要保证电路的增益，又要尽量避免寄生电容的干扰，因此既不能选的太大，也不能选的太小。本实施例优选电容c2为0.01μf。

电压跟随器20包括运算放大器u2、电容c6及电容c7，运算放大器u1的输出端连接运算放大器u2的同相输入端，运算放大器u2的输出端连接差分放大器40的反相输入端，运算放大器u2的输出端还通过导线直接与运算放大器u2的反相输入端相连，运算放大器u2的供电端正极+vcc经电容c6接地，运算放大器u2的供电端负极-vcc经电容c7接地。运算放大器u2的连接结构构成了传统的电压跟随器，其原理不再赘述。

反相放大电路30包括运算放大器u3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c8及电容c9，运算放大器u1的的输出端经电阻r4连接运算放大器u3的反相输入端，运算放大器u3的同相输入端经电阻r5接地，运算放大器u3的输出端连接差分放大器40的同相输入端，运算放大器u3的输出端还经电阻r6连接运算放大器u3的反相输入端，运算放大器u3的供电端正极+vcc经电容c8接地，运算放大器u3的供电端负极-vcc经电容c9接地。其中，运算放大器u3、电阻r4、电阻r6构成最基本的反相放大电路，电阻r5用于平衡偏置电流带来的运算放大器u3输入端的电压失调值。

差分放大器40包括运算放大器u4、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电容c10及电容c11，运算放大器u2的输出端经电阻r7连接运算放大器u4的反相输入端，运算放大器u3的输出端经电阻r8连接运算放大器u4的同相输入端，运算放大器u4反相输入端、电阻r7的公共端经电阻r10与运算放大器u4的输出端相连，运算放大器u4同相输入端、电阻r8公共端经电阻r9接地，运算放大器u4的输出端还与数据采集器的输入端相连，运算放大器u4的供电端正极+vcc经电容c10接地，运算放大器u4的供电端负极-vcc经电容c11接地。运算放大器u4、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10构成了传统的差分放大器，其原理不再赘述。

电荷放大器工作时，电荷放大电路10对压电薄膜传感器输出的电荷量进行初步放大并转化为电压信号，输出的电压信号分为两路，一路经电压跟随器20进行电压跟随输入到差分放大器40的反相输入端，另一路经反相放大电路30进行反相放大后输入到差分放大器40的同相输入端，差分放大器40对两路输入电压信号进行差分运算，最后将采集的传感器信号输送至数据采集器。

本实施例的电荷放大器中各个元件的取值可参照图2。

本实施例进行实验验证时，为集成运放所选择的直流电源电压为12v，并在输入端加入频率为1k赫兹、大小为0.01v的噪声电压信号，仿真得到的幅频特性曲线和相频特性曲线显示，本实施例的电荷放大器具有很宽的频率响应范围和较好的截止频率，并且能很好地抑制零点漂移和噪声干扰。通过示波器观察所输出的信号波形，电荷放大器具有很高的放大倍数，完全可以满足压电薄膜传感器应用，并可以减小干扰和信号漂移。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。