CN220136273U - 一种单桥弯曲应变片信号处理模块 - Google Patents
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Abstract
一种单桥弯曲应变片信号处理模块，包括一级放大电路、二级放大电路、单桥弯曲应变片平衡电桥、+2.5V参考电源；其中单桥弯曲应变片平衡电桥包括三个等阻值的电桥电阻，三个等阻值的电桥电阻与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥；其中+2.5V参考电源为单桥弯曲应变片平衡电桥、二级放大电路提供精密工作参考电压；一级信号放大电路对单桥弯曲应变片平衡电桥输出的信号进行放大，二级信号放大电路对一级信号放大电路输出的模拟电压信号进行二次放大，最终输出单桥弯曲应变片的变形量信号；该实用新型的单桥弯曲应变片信号处理模块具有成本低廉、精度高、带宽高的优点，可完全满足轴类零件工作现场弯曲程度的动态测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟电信号放大处理技术领域，具体涉及一种单桥弯曲应变片信号处理模块。
背景技术
在机械设备技术领域，经常需要在机械设备工作现场对轴类零件弯曲程度进行定性（方向）或定量的动态测量，以检测轴类零件工作过程中弯曲载荷使轴类零件产生的弯曲变形量；在轴类零件弯曲程度的测量中，需用到单桥应变片来确定轴类零件在单位长度的变形量，但目前用于应变片变形测量的信号处理模块仅适用于全桥应变片，因此无法应用于轴类零件弯曲程度的测量。
实用新型内容
为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种单桥弯曲应变片信号处理模块，包括一级放大电路、二级放大电路、单桥弯曲应变片平衡电桥、+2.5V参考电源；其中单桥弯曲应变片平衡电桥包括三个等阻值的电桥电阻，三个等阻值的电桥电阻与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥；一级放大电路对单桥弯曲应变片平衡电桥输出的信号进行放大，二级放大电路对一级放大电路输出的模拟电压信号进行二次放大，最终输出单桥弯曲应变片的变形量信号；+2.5V参考电源为单桥弯曲应变片平衡电桥、二级放大电路提供精密工作电压，其中输入至二级放大电路的精密工作电压通过可调整参考电压电路为二级放大电路提供参考电压，用以消除单桥弯曲应变片与三个电桥电阻阻值不相等所导致的零点输出偏移，从而使测量结果更加准确。
为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种单桥弯曲应变片信号处理模块，外接有+5V的VCC电源，用于单桥弯曲应变片输出信号的放大处理；包括一级放大电路、二级放大电路、单桥弯曲应变片平衡电桥、+2.5V参考电源；单桥弯曲应变片平衡电桥包括三个等阻值的电桥电阻，三个电桥电阻与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥；VCC电源为一级放大电路、二级放大电路、+2.5V参考电源提供工作电源；+2.5V参考电源将VCC电源转换为+2.5V后为单桥弯曲应变片平衡电桥提供精密工作电压，为二级放大电路提供参考工作电压；单桥弯曲应变片平衡电桥、一级放大电路、二级放大电路依次电性连接，一级放大电路对单桥弯曲应变片平衡电桥输出的信号进行放大，二级放大电路对一级放大电路输出的模拟电压信号进行二次放大。
进一步的，一级放大电路包括运算放大器U1B；运算放大器U1B与其外围元器件构成差分运算放大电路，差分运算放大电路正、反相输入端分别对应与单桥弯曲应变片平衡电桥的正、负信号输出端电性连接，经一级放大电路对单桥弯曲应变片平衡电桥输出的电压信号放大后输出。
进一步的，二级放大电路包括运算放大器U1A，U1A与U1B为同一颗运算放大器的两个不同通道；运算放大器U1A与其外围元器件构成比较放大电路，一级放大电路输出信号与参考电压信号比较后经宽带低功耗运算放大器U1A放大输出。
进一步的，二级放大电路还包括可调整参考电压电路，可调整参考电压电路输出二级放大电路工作所需的参考电压信号,用于校准单桥弯曲应变片与三个电桥电阻阻值不等所引起的零点输出偏移，使单桥弯曲应变片信号处理模块在初始状态下的输出电压值为+2.5V。
进一步的，+2.5V参考电源包括可控精密稳压源芯片U2；可控精密稳压源芯片U2与其外围元器件构成+2.5V参考电源；+2.5V参考电源输出精密+2.5V电压，为单桥弯曲应变片平衡电桥、二级放大电路的可调整参考电压电路提供精密工作电压
进一步的，还包括电源指示电路，电源指示电路包括红色发光二极管LED1及限流电阻R1，LED1与限流电阻R1串联在VCC电源与地GND之间。
由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种单桥弯曲应变片信号处理模块，包括一级放大电路、二级放大电路、单桥弯曲应变片平衡电桥、+2.5V参考电源；其中单桥弯曲应变片平衡电桥包括三个等阻值的电桥电阻，三个等阻值的电桥电阻与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥；一级放大电路对单桥弯曲应变片平衡电桥输出的信号进行放大，二级放大电路对一级放大电路输出的模拟电压信号进行二次放大，最终输出单桥弯曲应变片的变形量信号；+2.5V参考电源为单桥弯曲应变片平衡电桥、二级放大电路提供精密工作电压，其中输入至二级放大电路的精密工作电压通过可调整参考电压电路为二级放大电路提供参考电压，用以消除单桥弯曲应变片与三个电桥电阻阻值不相等所导致的零点输出偏移，从而使测量结果更加准确；该实用新型的单桥弯曲应变片信号处理模块具有成本低廉、精度高、带宽高的优点，可完全满足轴类零件工作现场弯曲程度的动态测量。
附图说明
图1为单桥弯曲应变片信号处理模块原理框图；
图2为单桥弯曲应变片信号处理模块电路原理图；
图3为一级放大电路原理图；
图4为二级放大电路原理图；
图5为单桥弯曲应变片平衡电桥原理图；
图6为+2.5V参考电源原理图；
图7为轴类零件弯曲测量原理示意图。
图中：1、一级放大电路；2、二级放大电路；3、单桥弯曲应变片平衡电桥；4、+2.5V参考电源；5、电源指示电路。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。
一种单桥弯曲应变片信号处理模块，外接有+5V电源，用于单桥弯曲应变片输出信号的放大处理；包括一级放大电路1、二级放大电路2、单桥弯曲应变片平衡电桥3、+2.5V参考电源4；+5V电源为一级放大电路1、二级放大电路2、+2.5V参考电源4提供工作电源；单桥弯曲应变片平衡电桥3包括三个等阻值的电桥电阻R4、R5、R13，三个电桥电阻通过单桥弯曲应变片连接器Y1与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥，电阻平衡电桥一端（R4、R5的公共端）连接+2.5V电源，另一端（单桥弯曲应变片、R13的公共端）接地GND，电阻平衡电桥的两个中间抽头（R4与单桥弯曲应变片的公共端，R5与R13的公共端）作为输出端，与一级放大电路1的输入端连接；+2.5V参考电源4将+5V电源转换为+2.5V后为单桥弯曲应变片平衡电桥3提供精密工作电压，为二级放大电路2提供参考工作电压；单桥弯曲应变片平衡电桥3、一级放大电路1、二级放大电路2依次电性连接，一级放大电路1对单桥弯曲应变片平衡电桥3输出的电压信号进行放大，二级放大电路2对一级放大电路1输出的模拟电压信号进行二次放大，最终通过输出连接器P1输出；该实用新型的单桥弯曲应变片信号处理模块采用单电源，其输出信号电压范围为0/+5V；如果单桥弯曲应变片信号处理模块采用双电源，其输出信号电压范围为-5V/+5V；
一级放大电路1包括运算放大器U1B，其型号为MCP6002，是一种双通道宽带低功耗运算放大器，带宽可达1MHz，完全满足轴类零件工作现场弯曲程度的动态测量；运算放大器U1B为MCP6002的其中一个通道；运算放大器U1B的正向输入端5通过输入电阻R7连接至R4与单桥弯曲应变片的公共端，反相输入端6通过输入电阻R10连接至R5与R13的公共端，其输出端7通过反馈电阻R11与反向输入端6连接，正向输入端5与地GND之间还连接有平衡电阻R6，管脚8连接+5V电源，管脚4与地GND连接；管脚8与地之间并联连接有滤波电容C1、C2，其中C1为电解电容；
二级放大电路2包括运算放大器U1A、可调整参考电压电路，U1A是与U1B同一颗运算放大器中的另一个通道；可调整参考电压电路是由串联设置在+2.5V电源与地GND之间的电阻R5、RP1构成，其中RP1为三端可调电位器，RP1的中间点与运算放大器U1A的正向输入端3连接，为运算放大器U1A工作提供比较基准电压，用于消除单桥弯曲应变片与三个电桥电阻阻值不相等所导致的零点输出偏移，保证单桥弯曲应变片信号处理模块在初始状态下的输出电压值为+2.5V；运算放大器U1A的反向输入端2通过输入电阻R8与运算放大器U1B的输出端7连接，U1A的输出端1通过反馈电阻R9与反向输入端2连接；U1A的输出端1通过输出电阻R2最终输出放大后的模拟电压信号，放大后的模拟电压信号通过输出连接器P1连接至其他外接信号处理设备，对放大输出的模拟电压信号进行数字化处理，以便进行信号分析；
+2.5V参考电源4包括可控精密稳压源芯片U2，其型号为TL431；可控精密稳压源芯片U2管脚1经电阻R12连接+5V电源，管脚3接地GND，管脚2与管脚1直接连接，输出精密+2.5V电压，为单桥弯曲应变片平衡电桥3、二级放大电路2的可调整参考电压电路提供精密工作电压；管脚2与管脚1还通过滤波电容C3接地；
还包括电源指示电路5，电源指示电路5包括红色发光二极管LED1及限流电阻R1，LED1与限流电阻R1串联在+5V电源与地GND之间。
单桥弯曲应变片信号处理模块用于轴类零件弯曲程度定量测量的原理参见说明书附图7；对轴类零件弯曲程度定量测量时，使用有两个单桥弯曲应变片，其中一个单桥弯曲应变片A固定粘接在轴类零件外圆周的上表面，另一个单桥弯曲应变片B对应单桥弯曲应变片A固定粘接在轴类零件外圆周的下表面，两个单桥弯曲应变片分别连接有单桥弯曲应变片信号处理模块；当轴类零件右端部承受向下弯曲载荷时，位于轴类零件外圆周的上表面单桥弯曲应变片A产生伸长应变，其阻值相应增加，与其连接的单桥弯曲应变片信号处理模块输出小于+2.5V的模拟电压信号，该信号大小与轴类零件外圆周上表面在单位长度L（单位长度L为单桥弯曲应变片的工作长度）的伸长应变量相关，可计算出轴类零件外圆周上表面在单位长度l的具体伸长量；此时，位于轴类零件外圆周的下表面单桥弯曲应变片B产生缩短应变，其阻值相应减小，与其连接的单桥弯曲应变片信号处理模块输出大于+2.5V的模拟电压信号，该信号大小与轴类零件外圆周下表面在单位长度L的缩短应变量相关，可计算出轴类零件外圆周下表面在单位长度L的具体缩短量；再根据轴类零件的直径D，即可计算出轴类零件发生弯曲的具体值。
本实用新型未详述部分为现有技术。
Claims (6)
1.一种单桥弯曲应变片信号处理模块，外接有VCC电源，用于单桥弯曲应变片输出信号的放大处理；其特征是：包括一级放大电路（1）、二级放大电路（2）、单桥弯曲应变片平衡电桥（3）、+2.5V参考电源（4）；单桥弯曲应变片平衡电桥（3）包括三个等阻值的电桥电阻，三个等阻值的电桥电阻与外接的单桥弯曲应变片电性连接，构成电阻平衡电桥；VCC电源为一级放大电路（1）、二级放大电路（2）、+2.5V参考电源（4）提供工作电源；+2.5V参考电源（4）将VCC电源转换为+2.5V后为单桥弯曲应变片平衡电桥（3）提供精密工作电压，为二级放大电路（2）提供参考工作电压；单桥弯曲应变片平衡电桥（3）、一级放大电路（1）、二级放大电路（2）依次电性连接，一级放大电路（1）对单桥弯曲应变片平衡电桥（3）输出信号进行放大，二级放大电路（2）对一级放大电路（1）输出的模拟电压信号进行二次放大。
2.根据权利要求1所述一种单桥弯曲应变片信号处理模块，其特征是：一级放大电路（1）包括运算放大器U1B；运算放大器U1B与其外围元器件构成差分运算放大电路，差分运算放大电路正、反相输入端分别对应与单桥弯曲应变片平衡电桥（3）的正、负信号输出端电性连接，经一级放大电路（1）对单桥弯曲应变片平衡电桥（3）输出的电压信号放大后输出。
3.根据权利要求2所述一种单桥弯曲应变片信号处理模块，其特征是：二级放大电路（2）包括运算放大器U1A，U1A与U1B为同一颗运算放大器的两个不同通道；运算放大器U1A与其外围元器件构成比较放大电路，一级放大电路（1）输出信号与参考电压信号比较后经宽带低功耗运算放大器U1A放大输出。
4.根据权利要求2所述一种单桥弯曲应变片信号处理模块，其特征是：二级放大电路（2）还包括可调整参考电压电路，可调整参考电压电路输出二级放大电路（2）工作所需的参考电压信号。
5.根据权利要求1所述一种单桥弯曲应变片信号处理模块，其特征是：+2.5V参考电源（4）包括可控精密稳压源芯片U2；可控精密稳压源芯片U2与其外围元器件构成+2.5V参考电源（4）；+2.5V参考电源（4）输出精密+2.5V电压，为单桥弯曲应变片平衡电桥（3）、二级放大电路（2）的可调整参考电压电路提供精密工作电压。
6.根据权利要求1所述一种单桥弯曲应变片信号处理模块，其特征是：还包括电源指示电路（5），电源指示电路（5）包括红色发光二极管LED1及限流电阻R1，LED1与限流电阻R1串联在VCC电源与地GND之间。
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