CN101419116A - 天平小信号放大变流测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及在综合模拟试验系统中应用的天平小信号放大变流测量系统，为解决天平信号要通过刷环机械接触式结构，屏蔽和隔离性能较比无刷环时要差，刷环会产生各种噪声等问题。天平小信号放大变流测量系统由天平、刷环、精密桥路电源、放大变流电路、信号采集装置组成，精密桥路电源和放大变流电路放置在天平与刷环之间，安装在天平尾枝杆中，利用±15V外部电源通过刷环为精密桥路电源和放大变流电路供电，放大变流电路由放大器和电压/电流转换器构成，先放大，然后将放大的电压信号变为电流信号，电流信号在传输过程中不易被别的信号干扰，尤其对刷环的接触电阻噪声和热电噪声不敏感，因此可以有效的抑制在天平信号输出途中所引入的干扰。
Description
(一)技术领域
本发明涉及天平小信号放大变流测量系统，主要是在综合模拟试验系统中应用的天平小信号放大变流测量系统。
(二)背景技术
在综合模拟试验系统中，天平信号要通过两道刷环才能将天平信号送给外部测试系统。由于天平信号是十微伏级信号，当天平信号通过刷环时，因为刷环是机械接触式的结构，屏蔽和隔离性能较比无刷环时要差，刷环会产生各种噪声，如：产生的热电噪声、接触电阻引起的噪声等，大大干扰了天平输出小信号，这些也能引起强电信号干扰，影响对天平小信号测量，从而使天平测得信号的信噪比严重恶化，使测量精度大大下降。尤其在目前的综合模拟试验系统中采用调频电机的情况下，上述问题更为严重。
(三)发明内容
针对上述问题，本发明给出天平小信号放大变流测量系统，采用在天平内置精密桥路电源和放大变流电路，先放大，然后将放大的电压信号变为电流信号，电流信号在传输过程中不易被别的信号干扰，尤其对刷环的接触电阻噪声和热电噪声不敏感，因此可以有效的抑制在天平信号输出途中所引入的干扰。
本发明的技术方案是：天平小信号放大变流测量系统由天平、刷环、精密桥路电源、放大变流电路、信号采集装置组成，精密桥路电源和放大变流电路放置在天平与刷环之间，安装在天平尾枝杆中，利用±15V外部电源通过刷环为精密桥路电源和放大变流电路供电，放大变流电路由放大器和电压/电流转换器构成，精密桥路电源输出+10V的电压供给天平和放大变流电路的电压/电流转换器，放大器把天平的输出信号放大，经过电压/电流转换器把输出信号电压量变为电流量，通过刷环送给信号采集装置，加载到信号采集装置输入端内置的250Ω标准电阻上。
本发明采用精密桥路电源和放大变流电路总成安装在天平尾部支杆中，在天平传感器信号通过刷环前将信号放大，并将电压信号变成电流信号传输，克服了由于刷环产生各种噪声引起信噪比严重恶化，使测量精度大大提高。安装在天平尾枝杆中的精密桥路电源使天平电源不经过刷环，避免了刷环噪声的污染和长线的电压衰减，提高了天平激励电压精度，从而也提高了测量精度。天平激励电压和天平小信号放大器紧靠天平传感器，并由电流信号进行传输的布局也改善电磁污染对测试系统的干扰。
(四)附图说明
图1是天平小信号放大变流测量系统结构示意图，
图2是精密桥路电源电路图，
图3是放大器电路图，
图4是电压/电流转换器电路图。
图1中标注的标号说明如下：1是天平，2是精密桥路电源，3是放大变流电路，4是一轴刷环，5是二轴刷环，6是信号采集装置。
图2中采用RFE102精密电源块，9012和TIP41晶体管组成复合管，电压调整电位器，标准电阻。
图3中采用PGA204仪用放大器，放大倍数设定由A1、A2同时接高电平来完成。
图4中采用XTR110电压/电流转换器，信号采集装置输入端电阻为250Ω标准电阻。
(五)具体实施方式
结合说明书附图列举出下述具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示的天平小信号放大变流测量系统结构示意图，天平小信号放大变流测量系统由天平[1]、刷环[4][5]、精密桥路电源[2]、放大变流电路[3]、信号采集装置[6]组成，精密桥路电源[2]和放大变流电路[3]放置在天平[1]与刷环[4][5]之间，安装在天平[1]尾枝杆中，利用±15V外部电源通过刷环[4][5]为精密桥路电源[2]和放大变流电路[3]供电，放大变流电路[3]由放大器和电压/电流转换器构成，精密桥路电源[2]输出+10V的电压供给天平[1]和放大变流电路[3]中的电压/电流转换器，放大器把天平[1]的输出信号放大，经过电压/电流转换器把输出信号电压量变为电流量，通过刷环[4][5]送给信号采集装置[6]，加载到信号采集装置[6]输入端内置的250Ω标准电阻上。
如图2所示的精密桥路电源电路图，天平小信号放大变流测量系统的精密桥路电源是由精密电源集成块和晶体管组成的复合管构成，保证精确+10V输出的同时，扩大其输出电流范围，额定电流为300mA。
如图3所示的放大器电路图，天平小信号放大变流测量系统放大变流电路的放大器部分，放大倍数选择在1000倍，在天平传感器满量程输出±10mV时，使放大器的输出控制在±10V以内。
如图4所示的电压-电流转换器电路图，天平小信号放大变流测量系统放大变流电路的电压/电流转换器部分，满足天平信号输出电压±10mV对应4-20mA电流的设定，外加一个1.5千欧电阻和100欧电位器，与内部电阻并联形成跨度电阻。
放大变流电路共六路，供天平六路传感器信号使用，精密电源为一路，桥压为10V。
精密桥路电源采用B.B公司的RFE102精密电源块，此模块有非常精确的+10V输出，非常低的漂移和噪声。为了扩大其输出电流范围，采用了9012和TIP41晶体管组成的复合管进行扩流。在图4中，电压调整电位器和电阻，当电阻值为1MΩ时，其调整范围为±25mV。另一电阻作为选取决定9012的起始工作点。本单元电路的输出电压为+10V，额定电流为300mA，精度为0.01％。
放大器采用B.B公司生产的PGA204仪用放大器，它有较低的失调电压和失调电压漂移，也有低的输入偏置电流和低的静态电流，它的典型共模输入电压是12.7v。PGA204仪用放大器的放大倍数可由A0、A1逻辑设定完成，有1、10、100、1000四档。根据需要选定放大倍数为1000倍，即A0、A1同时接高电平，对于天平传感器满量程输出±10mV时，使放大器的输出控制在±10V以内。
电压/电流转换器采用B.B公司的XTR110精密电压/电流转换器来完成，它是单电源工作，最后输出的结果4mA～20mA。电压/电流转换器的本身9脚已有1562.5欧的电阻，为满足跨度电阻为781欧，在电压/电流转换器的8脚加一个1.5千欧的电阻和100欧的电位器与9脚的内部电阻并联形成跨度电阻，所以8脚处接电位器，调节外电阻为1561.5，调整参考电压使输入为3.75v。为减小加在参考端信号的输出的阻抗，用超低噪声精密的运算放大器OPA27组成缓冲放大器以保证跨度和偏移调整不相互干扰。输出为4mA～20mA的信号经过刷环、长线，加到250Ω标准电阻上，此电阻要求用1瓦的精密电阻以防止热效应引起的精度损失。信号最终转换为1～5V电压，由VXI总线系统进行采集测量。在特有的运动状态时，电流信号加到贝塞尔低通滤波器上，此时250Ω标准电阻在滤波器输入端内置。
工作过程：天平[1]主要是依靠传感器在风洞中测量力和力矩，采用应变式全桥输出，天平[1]输出信号为差动的0-±10mV信号，此信号输入到放大变流电路[3]中的放大器输入端，放大器的放大倍数设定为1000倍，将天平信号放大到±10V，一般用六组放大变流电路[3]来放大天平信号，+10V电压输入放大变流电路[3]的电压/电流转换器，调整迁移的基准电压经缓冲放大器输给电压/电流转换器的参考端，为了更适合实际应用，将信号输入端作为参考端输入参考信号，参考信号输入端输入放大后的天平信号。这样可以使±10V对应输出4-20mA电流，调跨度的电位器串联安装在电压/电流转换器的跨度调整端，使能在标定放大器时作微调。4-20mA电流经一轴刷环[4]、二轴刷环[5]，并经长线最后到信号采集器[6]，由它完成数据采集。
Claims (4)
1、天平小信号放大变流测量系统由天平[1]、刷环[4][5]、精密桥路电源[2]、放大变流电路[3]、信号采集装置[6]组成，其特征在于：精密桥路电源[2]和放大变流电路[3]放置在天平[1]与刷环[4][5]之间，安装在天平[1]尾枝杆中，利用±15V外部电源通过刷环[4][5]为精密桥路电源[2]和放大变流电路[3]供电，放大变流电路[3]由放大器和电压/电流转换器构成，精密桥路电源[2]输出+10V的电压供给天平[1]和放大变流电路[3]中的电压/电流转换器，放大器把天平[1]的输出信号放大，经过电压/电流转换器把输出信号电压量变为电流量，通过刷环[4][5]送给信号采集装置[6]，加载到信号采集装置[6]输入端内置的250Ω标准电阻上。
2、根据权利要求1所述的天平小信号放大变流测量系统，其特征在于：精密桥路电源[2]由精密电源集成块和晶体管组成的复合管构成，保证精确+10V输出的同时，扩大其输出电流范围，额定电流为300mA。
3、根据权利要求1所述的天平小信号放大变流测量系统，其特征在于：放大变流电路[3]中的放大器，放大倍数选择在1000倍，在天平[1]满量程输出±10mV时，使放大器的输出控制在±10V以内。
4、根据权利要求1所述的天平小信号放大变流测量系统，其特征在于：放大变流电路[3]中的电压/电流转换器，满足天平[1]的信号输出电压±10mV对应4-20mA电流的设定，通过外部电路增加一个1.5千欧电阻和100欧电位器，与内部电阻并联形成跨度电阻实现调整。
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|---|---|---|---|
| CNA2008101374232A CN101419116A (zh) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | 天平小信号放大变流测量系统 |
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| CNA2008101374232A CN101419116A (zh) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | 天平小信号放大变流测量系统 |
Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101655408B (zh) * | 2009-08-28 | 2011-01-26 | 清华大学 | 无共模电压应变电桥信号检测电路 |
| CN102645263A (zh) * | 2012-04-23 | 2012-08-22 | 承德承信自动化工程有限公司 | 变送器以及包含变送器的控制系统 |
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2008
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