专利名称：实现应变桥路自动平衡的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动态应变测量装置，具体涉及工程测试技术中ー种实现应变桥路自动平衡的装置。
背景技术：
应变测量装置目前已广泛应用于工程测试中，大部分的测试装置采用直流电桥的方式。但由于受被测试件表面形变、组成桥路电阻阻值不完全相等、直流电桥桥路电压精度等的影响，使得测试开始前有ー个初始不平衡电压存在。在已知的结构装置中，直流电桥初始不平衡的调节大多采用以下方法ー种方法是利用电容充放电的特性，在调节平衡之前，先通过开关对电容进行放电，然后利用不平衡电压通过开关对电容进行充电，最終使得不平衡输出逐渐回落到零；另ー种方法是在桥压端和接地端之间跨接一个电位器，通过调节电位器的方法使得初始输出为零，最终达到平衡调节的目的。上述方法装置由于组成电路的器件本身參数的影响，存在平衡调节时间长、維持平衡状态时间短、自动化程度低、调节精度低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现应变桥路自动平衡的装置，在毎次应变信号測量之前能够快速稳定地自动调节应变桥路的初始不平衡电压。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下
包括信号滤波及放大电路、AD转换电路、控制电路和DA转换电路；信号滤波及放大电路的正相输入端和反相输入端分别接收应变桥路的输出信号；信号滤波及放大电路的信号输出端与AD转换电路连接；AD转换电路和DA转换电路通过相应的信号线和控制线与控制电路连接；DA转换电路的输出端ロ与信号滤波及放大电路的參考电压输入端连接。所述的信号滤波及放大电路，包括滤波电路和放大电路；其中，滤波电路由电阻和电容组成；放大电路由差动仪表放大器AD620、外部电阻和开关组成；信号滤波及放大电路的IA_out端ロ与AD转换电路相连，输出高増益放大信号。所述的AD转换电路，包括运算放大器和AD转换器LTC2408 ;其中，运算放大器的输入端与信号滤波及放大电路的IA_out端ロ相连；AD转换器的C&4DC、AD_DIN、AD_CLK和AD_SD0端ロ与控制电路相连。所述的控制电路，包括单片机MSP430F149，单片机的茂ADC、AD_DIN、AD_CLK和AD_SD0端ロ与AD转换电路相连；单片机的DA_CLK、DA_ CS和DA_SDI端ロ与DA转换电路
相连。 所述的DA转换电路，包括电流输出型DA转换器AD5545和2个运算放大器；其中，电流输出型DA转换器AD5545、运算放大器ICl和电容构成ー级电流-电压变换电路；运算放大器IC2、电阻和电容构成ー级加法放大电路。电流输出型DA转换器的DA_CLK、DA_ CS和DA_SDI端ロ以SPI通信方式与控制电路相连；电流输出型DA转换器的输出端ロ IA_Bal与信号滤波及放大电路相连。本发明与技术背景相比，具有的有益效果是
I.避免了因电容、开关等器件本身參数的影响而导致的平衡时间长，不能长期保持平衡状态等缺点。
2.避免了因调节电位器而产生的非线性误差，且使用的AD转换器、DA转换器本身位数精度较高，提高了平衡调节的准确度。3.避免了人工调节带来的部件磨损，提高了自动化程度，延长了使用寿命。
图I是本发明的电路结构框图。图2是本发明中信号滤波及放大电路的原理框图。图3是本发明中AD转换电路的原理框图。图4是本发明中控制电路原理框图。图5是本发明中DA转换电路的原理框图。图6是本发明的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进ー步的说明。如图I所示，本发明包括信号滤波及放大电路、AD转换电路、控制电路和DA转换电路；信号滤波及放大电路的正相输入端和反相输入端分别接收应变桥路的输出信号；信号滤波及放大电路的信号输出端与AD转换电路连接；AD转换电路和DA转换电路通过相应的信号线和控制线与控制电路连接；DA转换电路的输出端ロ与信号滤波及放大电路的參考电压输入端连接。如图2所示，所述的信号滤波及放大电路，包括滤波电路和放大电路；其中，滤波电路由电阻和电容组成；放大电路由差动仪表放大器AD620、外部电阻和开关组成；信号滤波及放大电路的IA_out端ロ与AD转换电路相连，输出高増益放大信号。如图3所示，所述的AD转换电路，包括运算放大器和AD转换器LTC2408 ;运算放大
器的输入端与信号滤波及放大电路的IA_out端ロ相连；AD转换器的^4DC、AD_DIN、AD_CLK和AD_SD0端ロ与控制电路相连。如图4所示，所述的控制电路，包括单片机MSP430F149，单片机的^4DCJ、AD_DIN、AD_CLK和AD_SD0端ロ与AD转换电路相连；单片机的DA_CLK、DA_ CS和DA_SDI端ロ与DA转换电路相连。如图5所示，所述的DA转换电路，包括电流输出型DA转换器AD5545和2个运算放大器；其中，电流输出型DA转换器AD5545、运算放大器ICl和电容构成ー级电流-电压变换电路；运算放大器IC2、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C8构成ー级加法放大电路；电流输出型DA转换器的DA_CLK、DA_ 和DA_SDI端ロ以SPI通信方式与控制电路相连；电流输出型DA转换器的输出端ロ IA_Bal与信号滤波及放大电路相连。
图6是本发明的流程示意图。首先外部信号输入到信号滤波及放大电路生成高增益放大信号；高増益放大信号送入AD转换电路进行AD转换得到与初始不平衡电压信号对应的数字量；控制电路判断AD转换结果是否为零，若为零，则达到平衡；若不为零，则由控制电路分析计算，再通过DA转换电路得到与初始不平衡电压信号相对应的补偿信号；该补偿信号反馈到所述信号滤波及放大电路中的差动仪表放大器的參考电压输入端，使得差动仪表放大器的输出为零，达到自动平衡的目的。根据差动仪表放大器AD620的计算公式，Vo = G*Fm + Frqf ,(其中Vin为初始输
入不平衡电压，Vref为參考端电压)因此只要.=,即可使得 差动仪表放大器输
出为零。DA转换器选用电流输出型DA转换器AD5545，配接两个运算放大器IC1、IC2，通过控制电路对其的控制，能够使得最終作用在差动仪表放大器參考端上的电压控制在±2. 5V的范围之内。(±2. 5V是指能够补偿的最大输入信号范围。)
上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种实现应变桥路自动平衡的装置，其特征在于包括信号滤波及放大电路、AD转换电路、控制电路和DA转换电路；信号滤波及放大电路的正相输入端和反相输入端分别接收应变桥路的输出信号；信号滤波及放大电路的信号输出端与AD转换电路连接；AD转换电路和DA转换电路通过相应的信号线和控制线与控制电路连接；DA转换电路的输出端ロ与信号滤波及放大电路的參考电压输入端连接。
2.根据权利要求I所述的ー种实现应变桥路自动平衡的装置，其特征在于所述的信号滤波及放大电路，包括滤波电路和放大电路；其中，滤波电路由电阻和电容组成；放大电路由差动仪表放大器AD620、外部电阻和开关组成；信号滤波及放大电路的IA_out端ロ与AD转换电路相连，输出高増益放大信号。
3.根据权利要求I所述的ー种实现应变桥路自动平衡的装置，其特征在于 所述的AD转换电路，包括运算放大器和AD转换器LTC2408 ;其中，运算放大器的输入端与信号滤波及放大电路的IA_out端ロ相连；AD转换器的CSADC、AD_DIN、AD_CLK和AD_SDO端ロ与控制电路相连。
4.根据权利要求I所述的ー种实现应变桥路自动平衡的装置，其特征在于 所述的控制电路，包括单片机MSP430F149，单片机的CSADC、AD_DIN、AD_CLK和AD_SDO端ロ与AD转换电路相连；单片机的DA_CLK、DA_ CS和DA_SDI端ロ与DA转换电路相连。
5.根据权利要求I所述的ー种实现应变桥路自动平衡的装置，其特征在于 所述的DA转换电路，包括电流输出型DA转换器AD5545和2个运算放大器；其中，电流输出型DA转换器AD5545、运算放大器ICl和电容构成一级电流-电压变换电路；运算放大器IC2、电阻和电容构成ー级加法放大电路。
6.电流输出型DA转换器的DA_CLK、DA_和DA_SDI端ロ以SPI通信方式与控制电路相连；电流输出型DA转换器的输出端ロ IA_Bal与信号滤波及放大电路相连。
全文摘要
本发明公开了一种实现应变桥路自动平衡的装置。其信号滤波及放大电路的正相输入端和反相输入端分别接收应变桥路的输出信号；信号滤波及放大电路的信号输出端与AD转换电路连接；AD转换电路和DA转换电路通过相应的信号线和控制线与控制电路连接；DA转换电路还通过信号线与信号滤波及放大电路的参考电压输入端连接。本发明避免了因电容、开关等器件本身参数的影响而导致的平衡时间长，不能长期保持平衡状态等缺点；避免了因调节电位器而产生的非线性误差，且使用的AD转换器、DA转换器本身位数精度较高，提高了平衡调节的准确度；避免了人工调节带来的部件磨损，提高了自动化程度，延长了使用寿命。
文档编号G01B7/16GK102620645SQ201210091208
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者秦巍, 贺惠农, 邱宏亮 申请人:杭州亿恒科技有限公司