专利名称：用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密电子仪器领域，具体来说，是一种用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，与万分之一精度的应变电阻式传感器匹配使用，可有效提高应变电阻式传感器的精度。
背景技术：
应变电阻式压力传感器利用应变式变换原理，可以支撑电阻式应变片或应变薄膜，可以感受测量物体受力或者力矩时所产生的应变，并将应变变化转换为电阻变化，通过电桥进一步转换为电压或者电流的变化。利用应变式变换原理实现的传感器称为应变式传感器。目前应用的电阻应变片主要有金属丝式应变片，金属箔式应变片，半导体应变片以及薄膜金属应变片。下面以金属电阻丝为例来说明应变式变换原理。截面为圆形的金属电阻丝的电阻值为
权利要求
1.用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于包括高精度恒压源、前置放大器、模数转换模块、微控制器及无线通讯模块； 其中，高精度恒压源用来驱动应变电阻式传感器，为由参考电压源芯片REF102与PNP晶体管开关2N2905以及限流电阻Rl构成IOV恒压源；其中，参考电压源芯片REF102的2号引脚与PNP晶体管开关2N2905的基极相连，同时还通过限流电阻Rl与12V直流电源正端相连；参考电压源芯片REF102的4号引脚接地；PNP晶体管开关2N2905的发射极与12V直流电源正端相连，集电极与参考电压源芯片REF102的6号引脚相连共同作为驱动电路的输出端，分别与应变电阻式压力传感器的电源的正负端相连； 所述前置放大器采用对应变电阻式传感器输出的差分信号进行放大的信号调理方式，由AD620芯片与AD705芯片、反馈电阻RF以及电阻R2和电阻R3构成； 其中，在AD620芯片中2号引脚与3号引脚分别与应变电阻式传感器输出端相连,作为应变电阻式传感器输出的差分信号的正向、反向输入端；7号引脚连接IOV电源正端；4号引脚接地；6号引脚作为前置放大器输出端的正极；I号引脚与8号引脚均与反馈电阻RF相连； AD705芯片中2号引脚与6号引脚均与AD620芯片的5号引脚相连，由此构成局部接地点；3号引脚与电阻R2和电阻R3的公共端相连；其中，电阻R3的另一端和7号引脚均与IOV电源的正极相连；电阻R2的另一端与2号引脚相连；4号引脚接地；6号引脚作为放大器输出端的负极； 前置放大器的正向、反向输入端分别与应变电阻式压力传感器的差分信号输出端相连。前置放大器的输出端负极与模拟转换模块中的模拟输入端正极，并且前置放大器的输出端负极还与模拟地相连，并通过电感与模数转换模块中的电源地相连；输出端的正极与模数转换模块的模拟输入端负极相连，由此使前置放大器的输出端的正极作为单端信号输出，这样可以直接与模数转换模块耦合； 所述模数转换模块采用24位模数转换器采集经前置直流放大器放大后的差分信号，将其转换为数字信号通过SPI串行通信协议传递到微控制器；本发明中模数转换模块的具体结构为模数转换模块由作为核心的高集成度的模数转换器芯片CS5532 ;模数转换器芯片CS5532中2号引脚用来作为模数转换模块的模拟输入端负极；模数转换芯片CS5532的I号引脚模拟输入端正极；9号引脚、10号引脚均与晶振相连；5号引脚通过电阻R4与15号引脚相连，并且与5V电源相连；5号引脚、15号引脚还分别通过一个去耦电容接电源地；3号引脚、4号引脚通过电容Cl相连；16号引脚与6号引脚相连；6号引脚接电源地；7号引脚、8号引脚与微控制器的I/O端口相连；1广14号引脚与微控制器的SPI串口通信端相连； 所述无线通讯模块将测量信号以SCI串行通信标准输出，通过串口数据线与微控制器相连，实现工业现场的无线化控制与数据采集；微控制器通过无线发射/接收模块将测量信号以SCI串行通信标准输出；所述微控制器采用XS128_MAL系列16位微控制器。
2.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述限流电阻Rl的阻值范围为5(Γ200 Ω。
3.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于:所述限流电阻R1、R2、R3、R4的阻值分别为100 Ω、20Κ Ω、30Κ Ω、10 Ω。
4.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述电感的电感值为10uH。
5.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述去耦电容接为O. IuF0
6.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述电容Cl为22nF ；
7.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述所述晶振为4. 0592MHz。
8.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述模数转换芯片CS5532的1、2号引脚间连接5(Tl00uF的电容C2，由此滤除差分信中的高频噪声分量。
9.如权利要求8所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述电容C2为(TluF。
10.如权利要求I所述的用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，其特征在于所述前置放大器为η个，η > 1，前一个前置放大器的输出端正极、负极分别与后一个前置放大器的输入端正极、负极相连。
全文摘要
本发明公开一种用于应变电阻式压力传感器的驱动、信号调理和采集装置，本发明采用精密参考电压源与PNP晶体管开关构成10V恒压源来驱动应变电阻式传感器，其恒压源纹波小于0.05mV。本发明的信号调理部分采用差分放大器与局部接地技术实现了差分输入差分输出，实现了差分放大器的级联，从而降低了放大器级联的共模噪声。采用24位模数转换器采集经前置放大后的信号并将数字信号通过SPI串行通信协议传递到微控制器，微控制器通过无线通讯模块将测量信号以SCI串行通信标准发送至计算机进行综合管理。本发明驱动、信号调理和采集装置具有高增益106，高精度，宽线性范围，增益程控自动调节，无线数据传输，低噪声，低功耗，低成本的特点。
文档编号G01G3/142GK102901549SQ20121034823
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者王三胜, 张明吉, 褚向华 申请人:北京航空航天大学