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一丶零点平衡电桥 电桥的另一种应用方式就是零点平衡电桥。这种方法的优点在于克服了桥臂中微变量∆的限制,可用在一个宽的输入激励范围获得良好的线性度。从本质上讲,零点平衡要求电桥必须始终维持在稳定状态。前面发表的专栏我们提到过下面的电桥平衡状态公式:Z1/Z2=Z3/Z4 这里有两种平衡电桥的方法要求: 第一 电桥上的其中一个阻抗(不是传感器)随传感器一起变化以保持电桥的平衡,如下图所示。

传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器(三)

1.误差放大器放大了电桥上微小的不平衡,控制器根据误差放大器的信号调制Z2的值,实际上,这是一种PID(比例积分微分)类型的闭环控制电路。输出电压来自于调制Z2以保持电桥平衡的控制信号。例如,若Z1和Z2皆为光敏电阻,Z1用来感知外部光照强度。光敏电阻Z2与发光二极管LED,进行光学耦合,其中LED是控制器的一部分,控制器通过控制LED改变Z2以实现平衡电桥的目的。当电桥平衡时,LED发处的光与Z1感应到的光强度近似相等。因此,流过LED的电流可用表征电阻Z1的大小,继而光强可用被传感器测得。需要注意,使用阻抗Z2作为反馈而非Z3,Z4,是因为使用Z2不仅可用保持电桥得平衡,而且可用通过使用传感器得电压保持恒定,K值基本一致,确保电路具有最佳得线性度和灵敏度。 2.操持电桥平衡得反馈直接输入传感器中,该传感器与感测激励得传感器相同,因此,反馈具有与激励相同得类型和大小但是其相位相反,当所有得激励以及反激励都大小相等,相位相反时,通过电桥平衡,控制器得输出即可表征激励,通过机械力的测量可对该方法进行验证,这种方法要求选用的转换器可用将电压转换为反激励。 例如,经典效应可产生双向的力,因此该方法常常也用于差分压力传感器,加速度及传声传感器。但是,这种方法不能用于光点探测器,因为目前还没有办法产生“负”的光。

二丶电桥放大器 对于电阻式传感器来说,电桥放大器可能是信号调节器中使用最为频繁的前端。电桥放大器拥有多种结构,这取决于所需的接地方式或者浮动基准电压的可用性。下面为大家介绍几种放大器的基本电路,电路图如下 传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器(三)1

其中a是有源电桥,其可变电阻是浮动的,与地隔离,并连接到运算放大器的反馈回路中。如果电阻式传感器的传递函数可用线性函数类似,即 传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器(三)2

图b所示电路具有浮动电桥及浮动基准电压V,该电路的增益由反馈电阻决定,其阻值为nRo,输出电压为: 传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器(三)3

图c所示也是一种电桥,其接地传感器Rx,浮动基准电压为V。输出电压如下: 传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器(三)4

我们要知道,虽然传感器是线性的,但是这些都是非线性电路,传感器的供电电流与传感器的电阻无关。在其他电路中,传感器电流随着传感器电阻的变化而变化,从而产生非线性输出,尽管对于a,这种非线性通常较小。

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