Мостовые датчики широко используются в промышленной автоматизации, мониторинге окружающей среды и биомедицинских областях, и высоко ценятся за их высокоточность. Однако сложные проблемы, такие как недостаточное усиление сигнала, помехи по общему режиму и смещение постоянного тока в проектировании схем, часто создают трудности для разработчиков. В этой статье рассматриваются ключевые методы проектирования, которые помогут избежать этих проблем.

Усиление сигнала и выбор усилителя

Выходной сигнал мостового датчика обычно небольшой, что требует использования усилителя с высоким коэффициентом усиления для повышения качества сигнала для последующей цифровой обработки или управления. При выборе усилителя необходимо учитывать его коэффициент усиления, уровень шума и коэффициент подавления синфазных помех (CMRR). Например, прецизионные инструментальные усилители идеально подходят для подавления синфазного напряжения на входе при усилении сигнала, что делает их предпочтительным выбором. Инструментальные усилители, такие как AD8237 и AD8420, использующие обратную связь по току (ICF), особенно подходят для применения в низкоэнергетических мостовых цепях.

Понимание основных принципов работы мостовых датчиков

Мост Уитстона является типичным мостовым датчиком, который измеряет физические величины через изменения сопротивления. Когда четыре сопротивления полностью идентичны, выходное напряжение моста равно нулю. Однако производственные ошибки и внешние факторы окружающей среды часто приводят к смещению напряжения. Это смещение напрямую влияет на точность измерений, поэтому его необходимо учитывать при проектировании.

Подавление смещения постоянного тока и синфазного напряжения

При проектировании неизбежны синфазное напряжение и смещение постоянного тока. Синфазное напряжение возникает из-за шумов окружающей среды и других факторов, тогда как смещение постоянного тока связано с допусками сопротивлений и изменениями температуры. Дифференциальные усилители и ICF инструментальные усилители могут эффективно подавлять синфазное напряжение, обеспечивая высокоточную передачу сигнала. Применение обратного напряжения на вывод REF является еще одним распространенным методом, который эффективен для больших смещений на входе, но неэффективен, когда первая ступень усилителя насыщена.

Оптимизация схемы и калибровка смещения

Для смещения моста традиционные решения, такие как шунтирование внешних сопротивлений, полезны, но не подходят для крупномасштабного автоматизированного производства. Цифровая коррекция - это другое решение, которое заключается в уменьшении коэффициента усиления на первом этапе и устранении смещения через программное обеспечение. Однако более передовым решением является использование инструментальных усилителей ICF, таких как AD8237, которые могут точно настроить ЦАП для тонкой регулировки смещения моста. Это позволяет не только корректировать параметры во время производства, но и адаптироваться к изменениям окружающей среды для оперативной перенастройки.

Проектирование и оптимизация источников питания

Хорошо спроектированный источник питания и заземление играют ключевую роль в подавлении шума и помех. Использование низкошумных источников питания и правильная схема заземления могут снизить помехи и ошибки сигнала. Кроме того, следует обратить внимание на выбор соответствующих значений сопротивлений в проекте, чтобы избежать проблем с потреблением энергии и шумом, которые могут повлиять на производительность схемы.

Заключение

В заключение следует отметить, что при проектировании мостовых датчиков необходимо учитывать такие факторы, как усиление сигнала, подавление помех общего режима, калибровка смещения моста и компоновка схемы. Правильное проектирование и оптимизация помогут эффективно избежать сложных проблем, улучшая точность измерений и надежность системы.