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传感器信号调节解决方案

本文摘要:面向传感器的调节电路设计者往往对找到这种电路的开发有些困惑。

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面向传感器的调节电路设计者往往对找到这种电路的开发有些困惑。但是,只要在新的在线传感器设计工具中使用少量的基础知识,就有必要解决这个过程面临的许多课题。现在市面上有很多传感器,但压力传感器特别少见。因此,研究了惠斯登电桥压力传感器的基本工作原理和作为用于切换该电桥传感器的输入的处理电路的位移和增益校准。

许多压力传感器用于MEMS (Microelectromechanicalsystem )技术,由使用惠斯通电桥结构连接的四个变阻器构成。这些传感器没有压力时,桥内的所有电阻值都变大。桥上产生外力时,两个拉伸阻力的电阻值减少,另一个阻力的电阻值增加,减少和增加的电阻值相互增大。

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令人失望的是,传感器没有位移和增益误差,所以没这么简单。位移误差是指传感器没有压力时没有输入。增益误差是指传感器输入相对于传感器产生的外力的脆弱程度。

典型的传感器将激励电压定为5V,具备20mV/V的公称残馀刻度输入。这意味着著在激励电压为5V时,公称残馀刻度输入为20mV/V5V=100mV。

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偏置电压为2mV或剩馀刻度的2%; 如果大于剩馀刻度,下一个输入电压可能是50mV和150mV,或者是公称剩馀刻度的50%。假设两个电阻串联构成电阻串,因为是等效电阻,所以两个电阻之间的节点电压是电阻串电压的一半。如果一个电阻值减少1%,另一个电阻增加1%,两个电阻节点的电压就会变化1%。

如果并联展开两个电阻串,如图1右图所示,左下电阻和右上电阻的电阻值都增加1%,另外两个电阻减少1%时,两个中点之间的电压从零差变化为2%。两个分支的这种部署被称为威斯顿桥。图1 :威斯顿桥,不受激励电压VEX和差动输入电压v驱动。

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不理解位移和传感器输入电压与压力的现实关系,就无法粗略估计传感器产生的压力大小。这意味着为了得到更好的精度,著必须对校准的方法进行采样。

幸运的是,由于等效传感器的位移和剩馀的刻度误差随着时间而非常平稳地变化,所以当传感器接受校准时,需要在该传感器的生命周期中变更校准系数,当然,为了应对精度拒绝,电源也会接通基本信号调整电路由仪表放大器和模数转换器(ADC )构成。仪表放大器将来自传感器的小输入电压缩放到适当的ADC电平,然后将ADC缩放的传感器输入电压切换为数字式,交给控制器或DSP进行处理(图2 )。

仪表放大器可以用来在不改变传感器输入电压值的情况下防止电桥短路。传感器的剩馀刻度输入仅次于输出,需要在放大器输出端看到。传感器输入在剩馀刻度上时,ADC输出应该与该剩馀刻度的值类似,该值通常是ADC的参照电压VREF。


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