高精度应变检测电路设计及误差分析
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高精度应变检测 电路设计及误差分析 张佳薇 。 等
高精 度应 变检 测 电路 设 计及 误 差 分析
Ｄｅ ｉ ｆ Ｅ ｒ ａｙ ｉ ｆ ｒＨｉ ｌ Ｐｒ ｃｓ ：ｔａｎ Ｄｅ ｅ ｔ ｒ ｕｔ ｓｇｎ ｏ ｒｏｒＡｎ ｌｓｓ ｏ ｇｈｙ ｅ ｉｅ Ｓ ｒ ｉ ｔ ｃ ｉ Ｃｉ ｉ ｏｎ ｃ
路 的非 线 性 误 差 ， 而 提 高 检 测 精度 。 从
它对转换 函数 、 存在作用 ； 为测量值 。 由于两检测通道处 于 同一工作 环境 ， 以可以认 所 为外界干扰和器件参数非理想 化对检测 电路 的影响对
两 个 通 道 是 “ 称 ” 。根 据 对 称 性 分 析 转 换 函数 Ｆ 对 的 ， 对 电 路进 行 相 应 的补 偿 ， 终 实 现 检 测 电 路 转 换 函 数 最
佳 教 纠 方
（ 东北林 业大学机 电工程 学 院， 黑龙江 哈 尔滨 １０ ４ ） ５００
摘 要 ：应变检 测在许 多工业 领域 中都有 着重要 应用 。为提高应 变检 测 精度 ， 过分 析检 测 电路 设计 方 法 ， 通 利用 基 于双 通道 参数 检 测 的原 理设计 了三种 高精度 应变检 测电路 。经过 对三种 电路 的 比较研 究 ， 选取 了一种 适用 性 较强 的 电路 设计 方 法 ， 为实 现应 变 的高 精度检测 提供 了理论基 础。介 绍 了检 测电路 的工作 原理 ， 进行 了误差分 析 。其 设计思 路及分 析 电路 误差 的方 法对 于其 他参 数检测 并 也具有 一定参考 意义 。 关键词 ：参数检 测 应 变检测 检测 电路 高精度 误差 分析
变 的 准确 测 量 带 来 困难 。
到的信号直接传输至信号处理模块 。而双通道参数检
测是在单检测通道 的基础上再加入一条检测通道 。在
检 测 过程 中 ， 对 两 个 检 测 通 道 上 采 集 的 信 号 进 行 预 先
处理 ， 再传至处理模块 ， 其检测原理可由下式表示。
Ｙ ＝ （ ，） ， ＝ （ ，） Ｘ＝Ｆ Ｙ ， ２ （ ｌｙ）
式 中 、 为两个测 量通道 的转换 函数 ； Ｆ为双通道
的结 果 转 换 函数 ； 电路 中不 稳 定 元 件 参 数 的集 合 ， 为
Leabharlann Baidu
传统 的应变测量大多采用 电压源或电流源作为应 变片全桥或半桥的供 电电源 ， 以单检测通 道 的形 式对 采集 到的信号进 行处理 ， 并通过 采用差动 电桥减小桥
中图分类 号 ：Ｔ ２ ２ Ｐ０
文献标 志码 ：Ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ： Ｓｒｉ ｅｅ ｔ ｎ ｐａ ｓｉ ｏｔｎ ｏｅｉ ｎ ｎ ｕ ｔｉｌａｅ ｓ ｎ ｏｄ ｒｔ ｎ ｒａ ｅｔｅ ｄ ｔｃｉｎａ ｃ ｒ ｃ ｓｒ ｃ ｔ ｎ ｄ ｔｃｉ ｌｙ ｍｐ ｒ ｔｒ ｌ ｎ ｍａ ｙｉｄ ｓｒａ ｒ ａ ．】 ｒ ｅ ｏ ｉｃｅ ｓ ｈ ｅｅ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ。ｔｒｕ ｈａ ａｙ ｉｇｔｅ ｄ — ａ ｏ ａ ｏ ｈｏ ｇ ｎ ｌｚｎ ｈ ｅ ｓｇ ｔｏ ｆｄ ｔｃｉｎ ｃｒｕｔ ｙｕ ｉｇｔｅｐ ｉｃｐｅｏ ｕ ｌｃ ａ ｎ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｅｅ ｔｏ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｅｅ ｔｏ ｉｃ ｉ。ｂ ｓｎ ｈ ｒｎ ｉｌ ｆｄ ａ ｈ ｎ ｅ ａａ ｔｒｄ ｔｃｉｎ，ｔｒ ｅｈｇ ｌ ｒｃｓ ｔａｎｄｅｅ ｔ ｎｃｒｕｔ ｒ ｅ ｈ ｅ ｉｈｙｐ ｅ ｉｅｓｒｉ ｔｃｉ ｉｃ ｉｓａ ｅｄ － ｏ ｓｇ ｅ ．Ｔｈ ｐ ｒｔｏ ａ ｒｎ ｉｌｓｏ ｈ ｉｃ ｉｓａ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｉｎ ｄ ｅ ｏ ｅ ａｉｎ ｌｐ ｉｃｐｅ ｆｔｅ ｃｒ ｕｔ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ， ａ ｈ ｉ ｒｏ ｓａ ｅ ａ ａｙ ｅ ｅ ｐ ｃｉｅｙ Ｔｈｏ ｇ ｏ ａ ｉｇ ｒｓ ａｃ ｎ ｎｄ ｔｅｒｅ ｒｒ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ． ｖ ｒｕ ｈ ｃ ｍｐ ｒｎ ｅｅ ｈ ｏ ｒ ｔｅ ｅ ｔ ｅ ｉｃ ｉ ｈ ｓ ｈｒｅ ｃｒ ｕｔ ｈｅｍｏｔｓ ｉａ ｌ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｅｅ ｔｄ；ｔｉ ｒｖｄ ｓｔｅ ｒｔ ａ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｒｈｇ ｌ ｒｃｓ ｔ ｉ ｅｅ ｔｏ ｈ ｅｄ — ｓ，ｔ ｓ ｕ ｔｂ ｅｄ ｓｇ ｔ ｏ ｓｓｌｃｅ ｈｓｐｏ ｉｅ ｈ ｏｅｉ ｌ ｕｎ ａｉ ｏ ｉｈｙｐ ｅ ｉｅｓｒ ｎ ｄ ｔｃｉｎ．Ｔ ｅ ｃ ｆ ｏ ａ ｓｇ ｏ ｃ ｐ ｎ ｈ ｔｏ ｏ ｎ ｌｚｎ ｒｏ ｒ ｌｏｖ ｌａ ｌ ｏ ｅｅ ｔｎ ｔｅ ａ ａ ｔｒ． ｉｎ ｃ ｎ ｅ ｔａ ｄ ｔｅ ｍｅｈ ｄ ｆｒａ ａｙ ｉｇ ｅｒｒａｅ ａｓ ａｕ ｂｅｆｒｄ ｔｃｉ ｇｏｈ ｒｐ ｍｅｅｓ ｒ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ Ｐａａ ｔｒｄ ｔｃｉｎ ｙ ｒ ： ｒｍｅｅ ｅｅ ｔ ｏ Ｓｒ ｉ ｅｅ ｔ ｎ Ｄｅｅ ｔ ｎ ｃｒｕｔ Ｈｉｈ ａ ｃ ｒｃ Ｅｒｏ ｎ ｌｓｓ ｔａｎ ｄ ｔｃｉ ｏ ｔｃｉ ｉｃ ｉ ｏ ｇ ｃｕａｙ ｒ ｒａ ａｙ ｉ
０ 引 言
应 力应 变 测量 在 机 械 、 电力 和 建 筑 等 领 域 有 着 广
ｌ 双 通道参数 检测原 理
传统的检测 电路采用 单通道检 测的方式 ， 检测 将
泛的应 用 。在 检 测过 程 中 ， 感 元 件将 待 测 物 理量 敏 （ 如位移 、 加速度 等 ） 转换 成应变 ， 然后通 过应变 检测 电路实现对应变的测量。由于应变信号大都属 于微弱 信号 ， 而且在测量过程中 ， 电路 中的元器件会受到 电源 波动 、 温度变化 、 器件老化 和漂移等 因素 的影 响 ， 给应
高精 度应 变检 测 电路 设 计及 误 差 分析
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路 的非 线 性 误 差 ， 而 提 高 检 测 精度 。 从
它对转换 函数 、 存在作用 ； 为测量值 。 由于两检测通道处 于 同一工作 环境 ， 以可以认 所 为外界干扰和器件参数非理想 化对检测 电路 的影响对
两 个 通 道 是 “ 称 ” 。根 据 对 称 性 分 析 转 换 函数 Ｆ 对 的 ， 对 电 路进 行 相 应 的补 偿 ， 终 实 现 检 测 电 路 转 换 函 数 最
佳 教 纠 方
（ 东北林 业大学机 电工程 学 院， 黑龙江 哈 尔滨 １０ ４ ） ５００
摘 要 ：应变检 测在许 多工业 领域 中都有 着重要 应用 。为提高应 变检 测 精度 ， 过分 析检 测 电路 设计 方 法 ， 通 利用 基 于双 通道 参数 检 测 的原 理设计 了三种 高精度 应变检 测电路 。经过 对三种 电路 的 比较研 究 ， 选取 了一种 适用 性 较强 的 电路 设计 方 法 ， 为实 现应 变 的高 精度检测 提供 了理论基 础。介 绍 了检 测电路 的工作 原理 ， 进行 了误差分 析 。其 设计思 路及分 析 电路 误差 的方 法对 于其 他参 数检测 并 也具有 一定参考 意义 。 关键词 ：参数检 测 应 变检测 检测 电路 高精度 误差 分析
变 的 准确 测 量 带 来 困难 。
到的信号直接传输至信号处理模块 。而双通道参数检
测是在单检测通道 的基础上再加入一条检测通道 。在
检 测 过程 中 ， 对 两 个 检 测 通 道 上 采 集 的 信 号 进 行 预 先
处理 ， 再传至处理模块 ， 其检测原理可由下式表示。
Ｙ ＝ （ ，） ， ＝ （ ，） Ｘ＝Ｆ Ｙ ， ２ （ ｌｙ）
式 中 、 为两个测 量通道 的转换 函数 ； Ｆ为双通道
的结 果 转 换 函数 ； 电路 中不 稳 定 元 件 参 数 的集 合 ， 为
Leabharlann Baidu
传统 的应变测量大多采用 电压源或电流源作为应 变片全桥或半桥的供 电电源 ， 以单检测通 道 的形 式对 采集 到的信号进 行处理 ， 并通过 采用差动 电桥减小桥
中图分类 号 ：Ｔ ２ ２ Ｐ０
文献标 志码 ：Ａ
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０ 引 言
应 力应 变 测量 在 机 械 、 电力 和 建 筑 等 领 域 有 着 广
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传统的检测 电路采用 单通道检 测的方式 ， 检测 将
泛的应 用 。在 检 测过 程 中 ， 感 元 件将 待 测 物 理量 敏 （ 如位移 、 加速度 等 ） 转换 成应变 ， 然后通 过应变 检测 电路实现对应变的测量。由于应变信号大都属 于微弱 信号 ， 而且在测量过程中 ， 电路 中的元器件会受到 电源 波动 、 温度变化 、 器件老化 和漂移等 因素 的影 响 ， 给应