一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中由于應(yīng)變式力傳感器激勵(lì)電壓和A/D芯片參考電壓受到干擾而引起的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量誤差的問題。本實(shí)用新型包括電源模塊、應(yīng)變式力傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理器;電源模塊供給電壓;應(yīng)變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接;濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接;A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理器連接;數(shù)據(jù)處理器得到傳感器的靈敏系數(shù);其中,供給到應(yīng)變式力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓相同。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于傳感器的靈敏度系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的激勵(lì)電壓沒有關(guān)系,即傳感器的靈敏度系數(shù)不受傳感器激勵(lì)電壓波動(dòng)的影響。
【專利說明】一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻應(yīng)變式傳感器是以電阻應(yīng)變片為電阻轉(zhuǎn)換元件的傳感器,廣泛應(yīng)用于位移、壓力、力矩、應(yīng)變、溫度、濕度、光強(qiáng)等物理參數(shù)的測(cè)量。力值的最高傳遞標(biāo)準(zhǔn)就是電阻應(yīng)變式傳感器。
[0003]電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的應(yīng)變片,其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻-應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長(zhǎng)或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。設(shè)有一根圓截面的金屬絲,其原始電阻值為:R=PL/A[0004]式中:
[0005]R-金屬絲的原始電阻(Ω )
[0006]P -金屬絲的電阻率(Ω.m)
[0007]L-金屬絲的長(zhǎng)度(m)
[0008]A-金屬絲的橫截面積(m2) (A = π D2/4)
[0009]D-金屬絲的直徑
[0010]當(dāng)金屬絲受軸向力F作用被拉伸時(shí),由于應(yīng)變效應(yīng),其電阻值也將產(chǎn)生變化。其變
化值為ΔR/R=K0·ε
[0011]Ktl為單根金屬絲的靈敏系數(shù)。其物理意義為:當(dāng)金屬絲發(fā)生單位長(zhǎng)度變化(應(yīng)變)時(shí),其電阻變化率與其應(yīng)變的比值,即單位應(yīng)變的電阻變化率。單根金屬絲的靈敏系數(shù)Ktl與相同材料做成的應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K是不同的。對(duì)應(yīng)變片來說,當(dāng)它隨試件變形時(shí),其電阻變化率Δ R/R = K ε。
[0012]式中,K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。應(yīng)變片靈敏系數(shù)K定義為:當(dāng)將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面,使氣軸線與應(yīng)力方向平行時(shí),應(yīng)變片電阻值的相對(duì)變化與沿軸向的應(yīng)變之比值。它應(yīng)由實(shí)驗(yàn)求得。
[0013]為準(zhǔn)確求得靈敏系數(shù)K。需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量得到,通常靈敏系數(shù)K由如下公式求得。
[0014]K=U/U0Kε[0015]式中:
[0016]U-應(yīng)變式力傳感器輸出電壓;[0017]U0-應(yīng)變式力傳感器激勵(lì)電壓;
[0018]k_為布橋方式的系數(shù),根據(jù)全橋、半橋等方式而確定,為公知常識(shí);
[0019]K-為靈敏度系數(shù);
[0020]ε-為應(yīng)變。
[0021]為準(zhǔn)確測(cè)量傳感器輸出電壓U,通常通過濾波放大后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。若使用的A/D芯片為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,其參考電壓為U1,則電壓大
小為U經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),包括電源模塊、應(yīng)變式力傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理器;電源模塊為傳感器供給激勵(lì)電壓,為A/D轉(zhuǎn)換器供給參考電壓;應(yīng)變式力傳感器輸出端分別與濾波器的輸入端連接,將在激勵(lì)電壓下產(chǎn)生的應(yīng)變信號(hào)發(fā)送給濾波器;濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接,對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理,然后將其發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換器;A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理器連接,A/D轉(zhuǎn)換器將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),并將其發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器;數(shù)據(jù)處理器將接收到的信號(hào)進(jìn)行處理,得到傳感器的靈敏系數(shù);其特征在于,供給到應(yīng)變式力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)應(yīng)變式力傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其特征在于:供給到應(yīng)變式力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器的電壓來自電源模塊的同一個(gè)輸出。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK203572616SQ201320629689
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】梅紅偉, 王小三, 宮貴明 申請(qǐng)人:北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院