CN103324236B - 一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，包括高精度电压源、阻抗隔离器、电压轴零位调节器和放大器，利用高精度电压源为面板电位器和位移传感器提供高精度的5V稳压电源，提供传感器的工作电压和电压轴零位调整电压；利用阻抗隔离器连接位移传感器，将位移传感器信号转换成零内阻电压信号；利用电压轴零位调节器进行测试零位调节；实现了位移传感器测量信号直流基点的零值化处理，解除了后续放大范围的限制，利用放大器可将测量信号充分放大到需要值。测量值经由面板端子输出，零位调节及测量值均有显示。本发明简单实用，特别适合在桥梁测试现场应用。

Description

一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置

技术领域:

本发明涉及电学领域，尤其涉及信号放大调节装置，特别是一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置。

背景技术:

电压信号放大器是常见的电子设备，一般都安排有增益的分档调节和增益的连续调节，从增益调节的范围和精度来讲，都可以满足电位器位移传感器的需要。然而，在电位器位移传感器的应用中，需要提供一个高精度的5V稳压电源，并且电位器位移传感器输出的测量信号是以测量范围二分之一以上的一个直流成分为基点的，这个非零直流基点导致后续放大范围严重受限。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，所述的这种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置要解决现有技术中电压信号放大器对电位器位移传感器的输出信号放大范围严重受限的技术问题。

本发明的这种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，包括一个高精度电压源、一个阻抗隔离器、一个电压轴零位调节器和一个放大器，其中，所述的高精度电压源的电压输出端中包括有一个位移传感器工作电压输出端和一个电位器工作电压输出端，所述的电位器工作电压输出端与一个面板电位器的电压输入端连接，所述的阻抗隔离器中设置有一个位移传感器测量信号输入端和一个电压信号输出端，所述的电压轴零位调节器与所述的面板电位器的一个输出端连接，电压轴零位调节器又与所述的阻抗隔离器的电压信号输出端连接，电压轴零位调节器包括有一个测量信号输出端，所述的测量信号输出端与所述的放大器连接，所述的放大器包括有输出端。

进一步的，所述的电压轴零位调节器包括一个差运算放大器，所述的差运算放大器包括一个反向输入端、一个正向输入端和一个输出端。

进一步的，所述的高精度电压源包括一个稳压器、一个低温漂运算放大器和一个匹配电阻网络，所述的匹配电阻网络中包括有一个电位器，所述的稳压器连接在所述的低温漂运算放大器的电压输出端和一个输入端之间，所述的电位器设置在低温漂运算放大器的电压输出端和另一个输入端之间。

进一步的，所述的面板电位器的输出端与电压轴零位调节器之间连接有一个跟随器。

进一步的，所述的面板电位器的输出端上连接有一个跟随器，所述的跟随器的输出端与所述的差运算放大器的反向输入端连接，所述的阻抗隔离器的电压信号输出端与差运算放大器的正向输入端连接。

进一步的，所述的放大器包括一个精密正向直流放大器。

进一步的，所述的放大器由一个增益可调整放大器构成，所述的增益可调整放大器包括一个第一精密正向直流放大器、一个第二精密正向直流放大器、一个第一切换开关和一个第二切换开关，所述的第一切换开关和第二切换开关各自包括有一个输出端、两个输入端和切换元件，第一切换开关的输出端与第二切换开关的一个输入端以及所述的第二精密正向直流放大器的输入端连接，所述的第一精密正向直流放大器的输入端和输出端各自连接到第一切换开关的两个输入端，第二精密正向直流放大器的输出端与第二切换开关的其余一个输入端连接。

进一步的，放大器的输出端连接有面板电压表。

本发明的工作原理是：高精度电压源为面板电位器和位移传感器提供一个高精度的5V稳压电源，提供传感器的工作电压和电压轴零位调整电压；阻抗隔离器连接位移传感器，将位移传感器信号转换成零内阻电压信号；电压轴零位调节器以阻抗隔离器和高精度电压源的输出电压为输入，通过面板电位器进行测试零位调节；放大器将输入信号放大到合适的值；放大器在采用增益可调整放大器形式时，可将输入信号放大到需要值。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用高精度电压源为面板电位器和位移传感器提供高精度的5V稳压电源，提供传感器的工作电压和电压轴零位调整电压；利用阻抗隔离器连接位移传感器，将位移传感器信号转换成零内阻电压信号；利用电压轴零位调节器进行测试零位调节；实现了位移传感器测量信号直流基点的零值化处理，解除了后续放大范围的限制，利用放大器可将测量信号充分放大到需要值。

附图说明：

图1是本发明的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置的原理框图。

图2是本发明的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置的一个实施例的电路图。

具体实施方式：

实施例1:

如图1所示，本发明的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，包括一个高精度电压源1、一个阻抗隔离器2、一个电压轴零位调节器3和一个放大器4，其中，所述的高精度电压源1的电压输出端中包括有一个位移传感器工作电压输出端和一个电位器工作电压输出端，所述的电位器工作电压输出端与一个面板电位器（图中未示）的电压输入端连接，所述的阻抗隔离器2中设置有一个位移传感器测量信号输入端和一个电压信号输出端，所述的电压轴零位调节器3与所述的面板电位器的一个输出端连接，电压轴零位调节器3又与所述的阻抗隔离器2的电压信号输出端连接，电压轴零位调节器3包括有一个测量信号输出端，所述的测量信号输出端与所述的放大器4连接，所述的放大器4包括有输出端。

具体的，放大器4上连接有一个显示装置5。

位移传感器工作电压输出端和位移传感器测量信号输入端均与一个位移传感器R_S连接。

面板电位器连接在一个接线器Jw2上。

如图2所示，进一步的，所述的电压轴零位调节器3包括一个差运算放大器U4，所述的差运算放大器U4包括一个反向输入端、一个正向输入端和一个输出端。差运算放大器U4的输出端与反向输入端之间连接有一个电阻器R206，差运算放大器U4的正向输入端上并联连接有一个电阻器R203和一个电阻器R205，电阻器R205的一端接地，差运算放大器U4的反向输入端上连接有一个电阻器R204。

进一步的，所述的高精度电压源1包括一个稳压器D101、一个低温漂运算放大器U1和一个匹配电阻网络，所述的匹配电阻网络中包括有一个电阻器R101、一个电阻器R102、一个电阻器R103和一个电位器W1，所述的稳压器D101连接在低温漂运算放大器U1的电压输出端和一个输入端之间，所述的电位器W1和电阻器R103串联连接在低温漂运算放大器U1的电压输出端和另一个输入端之间。电阻器R101的一端和电阻器R102的一端各自接地。

进一步的，所述的面板电位器的输出端与电压轴零位调节器3之间连接有一个跟随器U2。面板电位器中设置有一个接地端。跟随器U2的输出端与电阻器R204的一端连接。

位移传感器R_S连接在一个接线器Jin上。接线器Jin包括四个端子，其中一个端子与高精度电压源1的位移传感器工作电压输出端连接，另一个端子与阻抗隔离器2中的位移传感器测量信号输入端连接，其余的两个端子各自接地。

阻抗隔离器2由一个运算放大器U3构成，运算放大器U3的输出端与反向输入端连接。运算放大器U3的正向输入端作为位移传感器测量信号输入端。运算放大器U3的输出端与电阻器R203的一端连接。

进一步的，所述的放大器4由一个增益可调整放大器构成，所述的增益可调整放大器包括一个第一精密正向直流放大器U5、一个第二精密正向直流放大器U6、一个第一切换开关Js1和一个第二切换开关Js2，所述的第一切换开关Js1和第二切换开关Js2各自包括有一个输出端、两个输入端和切换元件，第一切换开关Js1的输出端与第二切换开关Js2的一个输入端以及所述的第二精密正向直流放大器U6的输入端连接，所述的第一精密正向直流放大器U5的输入端和输出端各自连接到第一切换开关Js1的两个输入端，第二精密正向直流放大器U6的输出端与第二切换开关Js2的其余一个输入端连接。

具体的，第一精密正向直流放大器U5的输出端与反向输入端之间连接有一个电阻器R210，第一精密正向直流放大器U5的反向输入端上连接有一个电阻器R208，电阻器R208的一端接地。第一精密正向直流放大器的正向输入端与差运算放大器U4的输出端之间串联连接有一个电阻器R207。第一精密正向直流放大器的正向输入端上连接有一个电阻器R209，电阻器R209的一端接地。

第二精密正向直流放大器U6的输出端与反向输入端之间连接有一个电阻器R214，第一精密正向直流放大器U5的反向输入端上连接有一个电阻器R212，电阻器R212的一端接地。第二精密正向直流放大器U6与第一切换开关Js1的输出端之间串联连接有一个电阻器R211。第二精密正向直流放大器U6的正向输入端上连接有一个电阻器R213，电阻器R213的一端接地。

进一步的，放大器4的输出端连接有接线器Jout。

放大器4的输出端接线器Jdisp连接有面板电压表(图中未示)。

进一步的，放大器4的输出端经过由电阻器R215和电容器C5组成的低通及限流保护电路后连接到接线器Jout。

本实施例的工作原理是：高精度电压源以稳压器D101为基准，通过低温漂运算放大器U1及匹配电阻网络中的电位器W1的调节，得到精准的5V电压由U1输出。U1输出的电压分作两路，其一经由接线器Jin接到移位传感器Rs用作工作电压；其二经由接线器Jw2接到面板多圈式精密电位器。跟随器U2将来自面板电位器的电压变换成零内阻电压。U3实现的阻抗隔离器将来自位移传感器Rs的测量信号变换成零内阻电压信号。U2和U3的输出电压分别接入差运算电路U4的反向及正向输入端，经过面板电位器的调节，就可以由U4输出端得到电压基础电压为0V的测量信号。U5及U6为精密正向直流放大器，放大量分别为4和10，经过面板开关选择可以得到4个组合，分别是1倍、4倍、10倍、40倍。经调节放大后输出的测量信号电压经由R215和C5组成的低通及限流保护后接到Jout输出供后续信号采集系统使用，同时通过Jdisp接到面板电压表，用作指示电压轴调零及测量值显示。

考虑到本发明是直流信号放大，电路的温漂一定要足够小，所以全部六个运算放大器都采用低温漂器件；考虑到整个测量精度的需要，凡是同放大量有关的匹配电阻均采用千分之一精度的金属膜电阻；考虑到信号放大量必须是明确值，放大量的调节不采用电位器连续调节，而是采用选通开关选择放大器的投入和撤离。整个装置简单实用，操作方便，能够适应桥梁测试现场条件下的应用。

Claims (8)

1.一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，包括一个高精度电压源、一个阻抗隔离器、一个电压轴零位调节器和一个放大器，其特征在于：所述的高精度电压源的电压输出端中包括有一个位移传感器工作电压输出端和一个电位器工作电压输出端，所述的电位器工作电压输出端与一个面板电位器的电压输入端连接，所述的阻抗隔离器中设置有一个位移传感器测量信号输入端和一个电压信号输出端，所述的电压轴零位调节器与所述的面板电位器的一个输出端连接，电压轴零位调节器又与所述的阻抗隔离器的电压信号输出端连接，电压轴零位调节器包括有一个测量信号输出端，所述的测量信号输出端与所述的放大器的输入端连接，所述的放大器包括有输出端。

2.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的电压轴零位调节器包括一个差运算放大器，所述的差运算放大器包括一个反向输入端、一个正向输入端和一个输出端。

3.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的高精度电压源包括一个稳压器、一个低温漂运算放大器和一个匹配电阻网络，所述的匹配电阻网络中包括有一个电位器，所述的稳压器连接在所述的低温漂运算放大器的电压输出端和一个输入端之间，所述的电位器设置在低温漂运算放大器的电压输出端和另一个输入端之间。

4.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的面板电位器的输出端与电压轴零位调节器之间连接有一个跟随器。

5.如权利要求2所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的面板电位器的输出端上连接有一个跟随器，所述的跟随器的输出端与所述的差运算放大器的反向输入端连接，所述的阻抗隔离器的电压信号输出端与差运算放大器的正向输入端连接。

6.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的放大器包括一个精密正向直流放大器。

7.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：所述的放大器由一个增益可调整放大器构成，所述的增益可调整放大器包括一个第一精密正向直流放大器、一个第二精密正向直流放大器、一个第一切换开关和一个第二切换开关，所述的第一切换开关和第二切换开关各自包括有一个输出端、两个输入端和切换元件，第一切换开关的输出端与第二切换开关的一个输入端以及所述的第二精密正向直流放大器的输入端连接，所述的第一精密正向直流放大器的输入端和输出端各自连接到第一切换开关的两个输入端，第二精密正向直流放大器的输出端与第二切换开关的其余一个输入端连接。

8.如权利要求1所述的一种用于电位器位移传感器的信号放大调节装置，其特征在于：放大器的输出端连接有面板电压表。