CN104296919A - 一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路 - Google Patents

一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于传感器技术领域，它公开了电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，包括电阻电桥型传感器、激励电压源、信号放大电路，在电阻电桥型传感器与电桥供电电源的负端之间，串接共模电阻；信号放大电路输出端通过反馈电阻与共模电阻相串连。本发明的优点是：本发明将电阻电桥型传感器感受外界信息转换后的信号（电压）经信号放大电路放大，并以适当比例（改变反馈电阻）与共模电阻分压后，从而实现了对输出信号灵敏度递增的电阻电桥输出型传感器的非线性补偿。加之电路中的信号放大电路A可采用数字可编程放大器，可施以数字调试零位和满度，减小了由于调试过程中更换电阻带来的精度低、稳定度差的影响。提高了传感器的测量精度和稳定性。

Description

一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路。
背景技术
传感器是工业过程、气象、环保、国防工程乃至日常生活各领域应用非常广泛的测量仪表，受材料及工艺技术的限制，大部分的传感器，特别是电阻电桥输出型的传感器，当输入信号线性变化时，传感器输出电压并不是线性变化的，由此将会带来超过1%的误差，使传感器的测量精度很低。
对于有非线性输出特性的电阻电桥型传感器有两种处理方式：一种是不进行非线性补偿，直接将传感器的输出信号进行电压放大，然后给后续的检测系统。这一般都是对测量准确度要求不高的情况；另一种是对传感器的非线性特性进行非线性补偿，这一般属于后续系统对测量准确度要求较高、若不进行非线性补偿时无法满足要求的情形。其采用的方法大多是查表法、曲线拟合法和神经网络法，都是利用单片机对传感器输出参数进行测试并进行软件处理，进而消除了输出信号中非线性带来的测量误差，提高了测量精度。这也由此带来了材料成本的提高，耗费更多的人力和时间，使传感器的制作成本大幅增加，不能及时批量供货。
发明内容
   本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种以低成本、高效率、联接简单的电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，达到既能实现高精度测量，又能做到高的性价比之目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，包括一电阻电桥型传感器、一激励电压源、一信号放大电路，其特征在于：在所述电阻电桥型传感器与电桥供电电源的负端之间，串接一共模电阻；信号放大电路输出端通过一反馈电阻与所述共模电阻相串连。
优选的，所述电阻电桥型传感器的输出信号灵敏度随输入信号的增大而增大。
优选的，所述传感器电桥的四个臂为等值电阻。
优选的，所述激励电压源为基准电压源。
优选的，所述信号放大电路为数字调零、调满度的可编程仪表放大器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将电阻电桥型传感器感受外界信息转换后的信号（电压）经信号放大电路A放大，并以适当比例（改变反馈电阻RF）与共模电阻RC分压后，从而实现了对输出信号灵敏度递增的电阻电桥输出型传感器的非线性补偿。加之电路中的信号放大电路A可采用数字可编程放大器，可施以数字调试零位和满度，减小了由于调试过程中更换电阻带来的精度低、稳定度差的影响；提高了传感器的测量精度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：
实施例一
如图1所示，一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，包括电阻电桥型传感器、激励电压源VR、信号放大电路A；激励电压源VR电联接电阻电桥型传感器，电阻电桥型传感器输出端与信号放大电路A的输入端电联接；电阻电桥型传感器的四个臂为等值电阻，激励电压源ＶR为基准电压源，信号放大电路A为数字调零、调满度的可编程仪表放大器PGA，电阻电桥型传感器的输出信号灵敏度随输入信号的增大而增大；在电阻电桥型传感器与电桥供电电源的负端之间，串接共模电阻RC；信号放大电路A的输出端通过反馈电阻RF与共模电阻RC相串连。
在具体实施过程中，当电阻电桥型传感器的灵敏度递增时，只要改变RF、RC的值，就可使信号放大电路A的输出值随电阻电桥型传感器的灵敏度的增大而减小，减少的量恰好与电阻电桥型传感器的输出灵敏度递增的值大小相等、方向相反，从而实现了电阻电桥型传感器的非线性补偿。本实施方式所述是输出曲线为上抛物线型的，其最大非线性误差出现在量程的中点，信号放大电路A可采用数字调零、调满度的可编程仪表放大器PGA。
当电阻电桥型传感器为薄膜压力传感器时的非线性补偿电路，具体为：薄膜压力传感器芯片采用溅射金属薄膜材质，具有输出信号随输入信号变化为上抛物线的非线性特性，测量范围为0～40MPa，输出信号0～8mV，薄膜压力传感器的电桥输出电阻为3.6KΩ；信号放大电路A采用可编程仪表放大器PGA，可以数字调试零位及放大倍数，基准电压VR的值为4.096V。现有技术中无RC和RF时，则信号放大电路A输出信号的非线性误差为0.5%FS；本发明中联接RC和RF，且反复调整后确定为RC=21 KΩ和RF=220Ω时，得到如下的测试数据：
测试点(MPa) 0 5 10 15 20 25 30 35 40
正行程(mA) 4.000 5.996 7.996 9.997 11.999 13.999 15.999 18.000 20.000
正行程(mA) 4.000 6.000 8.005 9.999 12.004 14.004 16.005 18.001  
从上述测试数据可以看出，薄膜压力传感器的输出信号经过放大及非线性补偿电路后其非线性误差大大缩小，其正反行程的平均非线性误差小于0.025%FS。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，包括一电阻电桥型传感器、一激励电压源、一信号放大电路，其特征在于：在所述电阻电桥型传感器与电桥供电电源的负端之间，串接一共模电阻；所述信号放大电路的输出端通过一反馈电阻与所述共模电阻相串连。
2.根据权利要求1所述的电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，其特征在于：所述电阻电桥型传感器的输出信号灵敏度随输入信号的增大而增大。
3.根据权利要求1或2所述的电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，其特征在于：所述传感器电桥的四个臂为等值电阻。
4.根据权利要求3所述的电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，其特征在于：所述激励电压源ＶR为基准电压源。
5.根据权利要求4所述的电阻电桥型传感器的非线性补偿电路，其特征在于：所述信号放大电路为数字调零、调满度的可编程仪表放大器。
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