CN112393828A - 一种压阻式力传感器信号放大模块 - Google Patents

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曹南
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Abstract

本发明公开了一种压阻式力传感器信号放大模块，包括电源接口、电源转换电路、输入接口、一级放大电路、一级放大输出偏置电路、二级放大电路、输出接口；将外部电源由电源接口引入，通过电源转换电路降压输出多路电源为各电路、力传感器供电；所述输入接口接入力传感器输出的一对差分信号并为力传感器供电；所述一级放大电路对输入接口接入的一对差分信号进行放大并经一级放大输出偏置电路抬升或降低输出电压，再经二级放大电路放大后通过输出接口输出。本发明简单易用、通用性强、可靠性高，可为力传感器供电并进行信号放大，其放大倍数、偏置电压均可调节，通过适当调节有效提高测力精度，可直接应用于各种设备，大大节约设备研制生产成本。

Description

一种压阻式力传感器信号放大模块
技术领域
本发明涉及一种压阻式力传感器信号放大模块，属于测力技术领域。
背景技术
测力技术广泛应用于工业控制、安全控制、电子衡器、医疗等领域中，力测量的准确度、可靠性对设备的性能、使用者的人身安全产生极为重要的影响。压阻式力传感器、信号放大模块、ADC检测相配合检测力大小的方式就是一种测力技术，其中信号放大模块作为将力传感器微弱电压信号放大变送给ADC检测的中间器件，其优越的线性度、稳定性、可调性等指标可保证该种测力技术的整体准确度和可靠性。
但目前的信号放大模块，无法灵活的调节放大倍数和偏置电压，导致信号放大倍数有限且精度不高。因此，现有的信号放大模块放大调节方式、可调范围、精度三者不能兼顾，存在局限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种压阻式力传感器信号放大模块，为力传感器供电并将力传感器输出的微弱电压差信号放大，其放大倍数、偏置电压均可调节，通过适当的调节有效提高测力精度。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种压阻式力传感器信号放大模块，包括电源接口、电源转换电路、输入接口、一级放大电路、一级放大输出偏置电路、二级放大电路、输出接口；将外部电源由电源接口引入，通过电源转换电路降压输出多路电源为各电路、力传感器供电；所述输入接口接入力传感器输出的一对差分信号并为力传感器供电；所述一级放大电路对输入接口接入的一对差分信号进行放大并经一级放大输出偏置电路抬升或降低输出电压，再经二级放大电路放大后通过输出接口输出。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述二级放大电路的放大倍数可调。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述二级放大电路采用可调电阻调整放大倍数。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述电源转换电路包括直流变换器、第一稳压器、第二稳压器，所述直流变换器将外部电源降压至12V电源后输出；由第一稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为可调电源，以为力传感器供电，再由第二稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为±12V电源，以为各电路供电。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括RC滤波电路，所述输入接口与RC滤波电路连接，RC滤波电路与一级放大电路连接。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明提供的压阻式力传感器信号放大模块，简单易用、通用性强、可靠性高。可为力传感器供电并将力传感器输出的微弱电压差信号放大，其放大倍数、偏置电压均可调节，通过适当的调节有效提高测力精度。其中二级放大电路放大倍数可调，通过二级放大可提升模块的放大倍数，增加一级放大并偏置后的动态范围。同时，可直接应用于各种设备，无需另行设计，大大节约了设备的研制生产进度和成本。
附图说明
图1为本发明压阻式力传感器信号放大模块的硬件架构示意图。
图2为本发明的电源转换电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明涉及一种压阻式力传感器信号放大模块，包括电源接口、电源转换电路、输入接口、一级放大电路、一级放大输出偏置电路、二级放大电路、输出接口；
其中，信号放大模块的供电由电源接口接入，即将外部电源由电源接口引入，通过电源转换电路降压输出多路电源为各电路、力传感器供电，最大支持直流30V电源输入。所述输入接口接入力传感器输出的一对差分信号并为力传感器供电，为其提供一路可调激励电源；所述一级放大电路对输入接口接入的一对差分信号进行放大并经一级放大输出偏置电路抬升或降低输出电压，再经二级放大电路放大后通过输出接口输出，最终将信号放大模块放大后的信号输出。
所述电源转换电路的结构如图2所示，包括直流变换器DC-DC、第一稳压器LDO、第二稳压器LDO。首先，外部电源由电源接口引入，所述直流变换器DC-DC将引入的外部电源降压至12V电源后输出；再由第一稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为可调电源VCC_ADJ，以为力传感器供电，通过调整电压可为各种传感器供电，提升其电源的通用性；再由第二稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为±12V电源，提供较强的共模干扰抑制，以为各电路供电。由此，采用直流变换器DC-DC和第一稳压器LDO、第二稳压器LDO配合降压，在保证电源质量的同时可提高效率。
并且，所述一级放大电路的偏置电压可调，可选用专用仪表放大芯片，采用双电源供电，设置固定的放大倍数为200倍，负责将力传感器输出的一对差分信号进行放大，经一级放大后就已转换为单端信号。本发明信号放大模块还设有RC滤波电路，所述输入接口与RC滤波电路连接，RC滤波电路与一级放大电路连接。通过在一级放大电路的输入端设置RC滤波电路，保证其共模/差模抗干扰能力。
所述一级放大输出偏置电路主芯片为单运放，采用双电源供电，将可调电阻的输出脚电压进行阻抗变换后对一级放大电路的电压信号进行抬升或降低，该过程称为“归零”，使空载时输入到二级放大电路的信号电压为零，用于消除传感器在安装环境中由于本体、中间结构件等重量造成的空载时输出不为零、不一致的问题。
以及，所述二级放大电路的放大倍数可调，可通过二级放大可提升模块的放大倍数，增加一级放大并偏置后的动态范围。
所述二级放大电路主芯片为轨对轨单运放，采用双电源供电，负责将一级放大并偏置后的信号进行二级放大，输出的是经二次放大后的单端信号，二级放大电路采用可调电阻调整放大倍数，放大倍数最高支持500倍，同时可解决偏置造成的动态范围变小的问题。
由此，力传感器的一对差分信号经信号放大器模块两级放大输出，放大倍数最高可达10000倍。同时，同一应用系统中，通过调整放大器降低偏置电压，可屏蔽传感器较低部分的测力范围，只放大较高部分的测力范围，并增加放大倍数使输出电压范围不变，使单位受力值的输出电压变大，进而使ADC一个分度内的受力值变小，相当于提高力传感器至信号放大、ADC转换这一过程的检测精度。
综上，本发明的压阻式力传感器信号放大模块，简单易用、通用性强、可靠性高。可为力传感器供电并将力传感器输出的微弱电压差信号放大，其放大倍数、偏置电压均可调节，通过适当的调节有效提高测力精度。同时，可直接应用于各种设备，无需另行设计，大大节约了设备的研制生产进度和成本。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种压阻式力传感器信号放大模块，其特征在于，包括电源接口、电源转换电路、输入接口、一级放大电路、一级放大输出偏置电路、二级放大电路、输出接口；将外部电源由电源接口引入，通过电源转换电路降压输出多路电源为各电路、力传感器供电；所述输入接口接入力传感器输出的一对差分信号并为力传感器供电；所述一级放大电路对输入接口接入的一对差分信号进行放大并经一级放大输出偏置电路抬升或降低输出电压，再经二级放大电路放大后通过输出接口输出。
2.根据权利要求1所述压阻式力传感器信号放大模块，其特征在于：所述二级放大电路的放大倍数可调。
3.根据权利要求2所述压阻式力传感器信号放大模块，其特征在于：所述二级放大电路采用可调电阻调整放大倍数。
4.根据权利要求1所述压阻式力传感器信号放大模块，其特征在于：所述电源转换电路包括直流变换器、第一稳压器、第二稳压器，所述直流变换器将外部电源降压至12V电源后输出；由第一稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为可调电源，以为力传感器供电，再由第二稳压器将直流变换器输出的12V电源转换为±12V电源，以为各电路供电。
5.根据权利要求1所述压阻式力传感器信号放大模块，其特征在于：还包括RC滤波电路，所述输入接口与RC滤波电路连接，RC滤波电路与一级放大电路连接。
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