CN106124822A - 一种电桥平衡电路 - Google Patents

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刘晓东
黄旭
吴佳琪
朱丹丹
金斌斌
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Abstract

本发明提出了一种电桥平衡电路，属于电桥平衡技术领域。该电桥平衡电路包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机。第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接电桥电路的两电源端，滑动端均连接电桥电路的同一输出端，控制引脚连接单片机，差分放大电路的两输入端分别连接电桥电路的两输出端，输出端通过采样电路连接到单片机的输入端，以由单片机根据差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器的控制引脚进行调节，使得电桥电路平衡。本发明通过检测电桥电路两输出端的输出信号之差，对电桥电路的调平进行自动控制，大大提高了对电桥电路调平的效率；同时，对电桥电路进行粗调、细调和更为细致的补偿，调节精度非常高。

Description

一种电桥平衡电路
技术领域
本发明属于电桥平衡技术领域，涉及一种电桥平衡电路。
背景技术
电桥电路是测量变化微弱的被测量的常用电路。但是在实际工作过程中，电桥电路容易偏离平衡状态，需要及时对其进行平衡调节。对此，传统的做法是添加一个机械式的电位器，通过手动调节的方式对电桥电路进行平衡调节。但是，这种做法一方面操作麻烦，效率低；另一方面，其调节的结果精度较低，难以准确地实现电桥电路平衡。因此，对电桥电路高效且准确的调节的技术具有极强的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电桥平衡电路，以能够实现对电桥电路高效、准确的平衡调节。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种电桥平衡电路，包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机；第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接电桥电路的两电源端，滑动端均连接电桥电路的同一输出端，控制引脚连接所述单片机，差分放大电路的两输入端分别连接电桥电路的两输出端，输出端通过所述采样电路连接到所述单片机的输入端，以由所述单片机根据所述差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器的所述控制引脚进行调节，使得电桥电路平衡。
所述电桥平衡电路，还包括连接设置在所述差分放大电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的滤波电路，以对所述差分电路的输出信号进行滤波。
所述电桥平衡电路还包括连接设置在所述滤波电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述滤波电路的输出信号进一步放大。
所述电桥平衡电路，还包括连接设置在所述差分电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述差分电路的输出信号进一步放大。
所述采样电路为ADC电路。
所述电桥平衡电路，还包括DAC电路，所述DAC电路的控制引脚连接所述单片机，输出端连接所述差分放大电路的参考电位端，以由所述单片机控制所述DAC电路对所述差分放大电路的输出进行补偿，进一步提高调平的精度。
第一电位器的调节用于对电桥电路进行粗调，第二电位器的调节用于对电桥电路进行细调。
第一电位器采用X9C103；第二电位器采用X9C102。
所述差分放大电路采用AD620。
所述滤波电路和第二放大电路采用ADA4062-2。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明电桥平衡电路通过检测电桥电路两输出端的输出信号之差，对电桥电路的调平进行自动控制，大大提高了对电桥电路调平的效率；同时，该平衡调节对电桥电路进行粗调、细调和基于PID控制的精调，调节精度非常高。
附图说明
图1为本发明实施例中电桥平衡电路及所在电桥电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提出了一种电桥平衡电路，图1所示为本实施例中该电桥平衡电路及其所作用的电桥电路的电路结构示意图。四个电阻R1、R2、R3和R4相互连接组成电桥电路的主体，在R1和R4之间连接电源的正极，在R2和R3之间连接电源的负极。该电桥平衡电路包括第一电位器X9C103、第二电位器X9C102、差分放大电路AD620、兼具滤波和放大功能的集成电路ADA4062-2(本发明中该集成电路也可由依次连接的滤波电路和第二放大电路组成)、采样电路DAC和单片机。该电桥平衡电路尤其应用于应变电桥电路中，此时R1、R2、R3和R4为四个应变片，该应变电桥电路尤其能够是用于测量铣削力的应变电桥电路。
第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接电桥电路的两电源端，滑动端连接电桥电路的同一输出端，其控制引脚连接单片机。差分放大电路的两输入端分别连接电桥电路的两输出端，输出端连接单片机的输入端，以由单片机根据差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器进行控制调节，改变电桥电路一个输出端的电位，使其和另一个输出端的电位相等。
本实施例中，该电桥平衡电路还包括DAC电路，该DAC电路的控制引脚连接到单片机，输出端连接差分放大电路的参考电位端，以由单片机控制DAC电路对差分放大电路的输出进行补偿。从而，第一电位器X9C103用于对电桥电路的平衡进行粗调，第二电位器X9C102用于对电桥电路的平衡进行细调，DAC电路用于对输出信号进行更为精细的调节。
本实施例中，单片机根据电桥电路两输出端的输出信号之差对DAC电路进行调节的控制方法采用PID控制方法。
在使用时，电桥电路的两输出端的输出信号均送入差分放大电路AD620中，由差分放大电路AD620对这两路输出信号进行差分放大，并送入ADA4062-2中进行滤波和进一步放大；采样电路即ADC电路对该进一步放大的信号进行采样，并发送给单片机；单片机对该采样信号进行分析和处理后，按照需求以一定的时序有选择性地向第一电位器X9C103发送粗调信号，对第二电位器X9C102发送细调信号，对ADC电路发送补偿信号(即精调信号))，从而第一电位器X9C103和第二电位器X9C102的控制引脚根据上述粗调信号和细调信号调节，电桥的输出被改变，ADC电路根据补偿信号对差分放大器AD620的输出进行补偿(即精调)，从而差分放大电路AD620的输出接近于零，实现了对电桥电路自动高效而又准确的调平。关于该控制过程，按照顺序一个完整的过程是先从粗调开始，然后是细调，最后再是精调；但是，在实际过程中，根据电桥电路的不平衡程度有选择性地进行调节，例如在电桥电路的不平衡程度比较好的时候，无需从粗调开始，或者可以从细调开始，或者仅需要进行精调。
上述实施例为本申请较为优选的实施例，其中若省略某些电路，如滤波电路、第二放大电路，如仅设置滤波电路而不设置第二放大电路，又如只设置第二放大电路不设置滤波电路，由第二放大电路对差分放大电路的输出信号直接进行进一步放大等，也能够实现对电桥电路的自动调平，只是此时调节的精度不如上述实施例高。此外，上述实施例中的具体部件也能够有多种替代方式，如采用单独的滤波电路和第二放大电路，而不是采用上述实施例中将两者融合在一个部件中的形式等等。对上述具体部件或其组合的替代技术方案，不脱离本申请的技术思路。
综上所述，本发明电桥平衡电路通过检测电桥电路两输出端的输出信号之差，对电桥电路进行自动控制，大大提高了对电桥电路调平的效率；同时，该平衡调节对电桥电路进行粗调、细调和基于PID控制的精调，调节精度非常高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电桥平衡电路，其特征在于：包括第一电位器、第二电位器、差分放大电路、采样电路和单片机；
第一电位器和第二电位器的两固定端均分别连接电桥电路的两电源端，滑动端均连接电桥电路的同一输出端，控制引脚连接所述单片机，差分放大电路的两输入端分别连接电桥电路的两输出端，输出端通过所述采样电路连接到所述单片机的输入端，以由所述单片机根据所述差分放大电路的输出对第一电位器和第二电位器的所述控制引脚进行调节，使得电桥电路平衡。
2.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：还包括连接设置在所述差分放大电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的滤波电路，以对所述差分电路的输出信号进行滤波。
3.根据权利要求2所述的电桥平衡电路，其特征在于：还包括连接设置在所述滤波电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述滤波电路的输出信号进一步放大。
4.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：还包括连接设置在所述差分电路的输出端和所述采样电路的输入端之间的第二放大电路，以对所述差分电路的输出信号进一步放大。
5.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：所述采样电路为ADC电路。
6.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：还包括DAC电路，所述DAC电路的控制引脚连接所述单片机，输出端连接所述差分放大电路的参考电位端，以由所述单片机控制所述DAC电路对所述差分放大电路的输出进行补偿，进一步提高调平的精度。
7.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：第一电位器的调节用于对电桥电路进行粗调，第二电位器的调节用于对电桥电路进行细调。
8.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：第一电位器采用X9C103；第二电位器采用X9C102。
9.根据权利要求1所述的电桥平衡电路，其特征在于：所述差分放大电路采用AD620。
10.根据权利要求2所述的电桥平衡电路，其特征在于：所述滤波电路和第二放大电路采用ADA4062-2。
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