[發(fā)明專利]一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911123740.3
• 申請(qǐng)日: 2019-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN110672904A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳遠(yuǎn)星;王曉琴;王洪超;宋軍華;薄云峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京先通康橋醫(yī)藥科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R17/10
• 分類號(hào): G01R17/10
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路，具體涉及傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括橋臂電阻R3、橋臂電阻R4、橋臂電阻R1，電阻傳感器R2，直流激勵(lì)電壓源，運(yùn)算放大器，所述橋臂電阻R3、橋臂電阻R4、橋臂電阻R1、電阻傳感器R2和運(yùn)算放大器構(gòu)成平衡的差分式放大電路結(jié)構(gòu)，電阻傳感器R2同時(shí)作為運(yùn)算放大器的反饋電阻，運(yùn)算放大器的輸出電壓變化量正比于電阻傳感器R2的相對(duì)變化率，該電路主要用于微弱信號(hào)的精密測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路，屬于電橋測(cè)量電路的微小信號(hào)測(cè)量轉(zhuǎn)換技術(shù)，屬于傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

很多傳感器可以將某種物理量轉(zhuǎn)換為電阻或者電容等電參數(shù)的變化，通過(guò)測(cè)量對(duì)應(yīng)的電參數(shù)變化可以間接測(cè)得待測(cè)物理量。大部分情況下，這些電參數(shù)的變化及其微弱，普通的測(cè)量方法精確度和準(zhǔn)確度都難以保證。而電橋正是測(cè)量這類微弱電阻、電容變化的有效手段。電橋是一種類似于天平的比較式測(cè)量?jī)x器。電橋?qū)鞲衅鞅旧碇蒙砼c某種平衡當(dāng)中，當(dāng)待測(cè)物理量無(wú)輸入變化時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)有物理量輸入時(shí)，平衡被打破。在非平衡電橋應(yīng)用中，電路通過(guò)測(cè)量不平衡量的大小測(cè)量橋臂參數(shù)的變化。在平衡電橋應(yīng)用中，電路通過(guò)測(cè)量使電橋平衡的補(bǔ)償量的大小測(cè)量橋臂參數(shù)的變化。

電橋具有多種形式，單臂電橋有明顯的缺陷，首先輸出并非期望的線性輸出，其次靈敏度較低。另外傳感器的初始電阻容易隨溫度變化而變化，無(wú)外部輸入的電橋逐漸失衡，導(dǎo)致額外的零點(diǎn)輸出。這些缺點(diǎn)大大限制了單臂電橋的使用。雙臂電橋巧妙地克服了單臂電橋幾乎所有的缺點(diǎn)：非線性變成了線性，靈敏度提高了一倍，溫度漂移得到補(bǔ)償。遵循同樣的思路，把雙臂電橋變成四臂電橋，這種形式的電橋可以進(jìn)一步提高測(cè)量靈敏度而不喪失線性輸出和溫漂抑制的優(yōu)點(diǎn)。然而以上改進(jìn)措施的代價(jià)是引入額外的傳感器，這導(dǎo)致了電路的成本增加。在很多情況下，難以獲得隨外部物理激勵(lì)變化相反的兩個(gè)傳感器，例如氣壓傳感器，熱阻傳感器，這種情況下無(wú)法使用雙臂電橋或者四臂電橋。無(wú)論是單臂電橋、雙臂電橋，還是四臂電橋，橋路直接輸出的電壓幅度非常小，非常容易被淹沒(méi)于噪聲當(dāng)中。電橋信號(hào)需要被后級(jí)電路進(jìn)一步放大。除此之外，電橋內(nèi)阻的不一致會(huì)進(jìn)一步增加差分運(yùn)放的電阻匹配誤差，從而降低整個(gè)電路的共模抑制能力。

正如前述，電橋在微弱信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛。根據(jù)橋臂的數(shù)量，有幾種典型的電橋變式。其中單臂電橋具有輸入輸出非線性、靈敏度低的缺點(diǎn)，雙臂電橋和四臂電橋用傳感器數(shù)量作為代價(jià)克服了以上缺點(diǎn)，但在某些顯而易見的情況下，無(wú)法構(gòu)造雙臂或者四臂電橋。

因此需要一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路以解決上述問(wèn)題，在單臂（即單傳感器）情況下，解決電橋輸入輸出非線性、電橋靈敏度低的問(wèn)題，并解決對(duì)應(yīng)的單臂電橋溫度漂移問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

（一）解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路，解決單臂電橋輸入輸出非線性、電橋靈敏度低的技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，作為基本電路形式的進(jìn)一步延伸，也順帶提供了一種相比與傳統(tǒng)電橋電路，靈敏度更高、電路形式更加簡(jiǎn)潔的雙臂電橋電路和四臂電橋電路。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種測(cè)量微弱信號(hào)的電阻傳感器測(cè)量電路，包括：橋臂電阻R3、橋臂電阻R4、橋臂電阻R1，電阻傳感器R2，直流激勵(lì)電壓源，運(yùn)算放大器，所述橋臂電阻R3、橋臂電阻R4、橋臂電阻R1、電阻傳感器R2和運(yùn)算放大器構(gòu)成平衡的差分式放大電路結(jié)構(gòu)，參考橋臂的測(cè)量點(diǎn)連接運(yùn)算放大器的同相端，電阻傳感器R2所在橋臂的測(cè)量點(diǎn)連接運(yùn)算放大器的反相端，電阻傳感器R2同時(shí)作為運(yùn)算放大器的反饋電阻，運(yùn)算放大器的輸出電壓變化量正比于電阻傳感器R2的相對(duì)變化率。

優(yōu)選地，所述電路還包括后級(jí)反相放大電路，所述后級(jí)反相放大電路位于電路的輸出端，該后級(jí)反相放大電路將電阻傳感器R2的變化信號(hào)進(jìn)一步放大且使電阻傳感器R2變化方向與電路的最終輸出變化方向一致。