Усиление и линеаризация выходных сигналов мостовых схем

    Усиление  и линеаризация выходных сигналов мостовых схем

    На  рисунке 1 приводится простейшая схема  усиления выхода четверть мостового  датчика с помощью одного инверсно включенного операционного усилителя (ОУ). Схема имеет низкую точность и разбалансирует мост (со стороны  Rа и тока смещения ОУ). Требует тщательного подбора резисторов Rf для обеспечения высокого коэффициента ослабления синфазной составляющей сигнала (КОСС). Выход не линеен. Основные преимущества – простота (один ОУ) и возможность работы с однополярным источником питания (выходной сигнал ОУ изменяется от Vs/2 в обе стороны).

    Рисунок 1 – Использование единственного  операционного усилителя для  усиления выхода четверть мостового  датчика. 

    Существенно лучшим методом усиления сигналов с четверть мостового датчика является применение для этой цепи инструментального усиления (ИУ), как показано на рисунке 2.

    Рисунок 2 – Использование инструментального  усилителя для усиления выхода четверть мостового датчика. 

    Основными преимущества схемы являются перечисленные  ниже характеристики. Высокая точность коэффициента преобразования и отсутствие разбалансировки моста. Высокое значение КОСС. Выход – не линеен, но может быть просто линеаризован на цифровом уровне. В качестве инструментальных усилителей можно использовать AD620, AD623 или AD627 с однополярным питанием, при условии соблюдения на коэффициент передачи и размах выходного сигнала.

    Существуют  различные методы линеаризации, однако, важно всегда проводить различие между линейностью моста и  линейного отклика собственно чувствительного элемента на измеряемый физический процесс. Производители мостовых датчиков рекомендуют различные способы линеаризации, в том числе: ограничение размаха изменения величины чувствительного элемента, введение нелинейной поправки в активный элемент моста, использование построечных резисторов и т.д.

    На  рисунке 3 показан 1/4 мост, в котором  операционный усилитель принудительно  устанавливает ноль в измерительной  диагонали путем подачи компенсирующего напряжения обратной полярности в измеряющее плечо моста. При этом, выход в два раза больше, чем при стандартном включении, и линеен даже при большом изменении величины чувствительного элемента (∆R).

    Рисунок 3 – Линеаризация четверть мостового  датчика 

    На  рисунке 4 показано линеаризация 1/4 моста путем фиксации величины тока чувствительный элемент с помощью операционного усилителя требуется биполярное питание и два операционных усилителя, а также точное согласование резисторов R1 и R2.

    Рисунок 4 – Линеаризация четверть мостового датчика 

    На  рисунке 5 показана линеаризация 1/2 моста, подобная приведенной на рисунке 3, но имеющая в два раза большую чувствительность. Требуется биполярное питание операционного усилителя и может потребоваться дополнительный операционный усилитель для усиления выхода.

    Рисунок 5 – Линеаризация полумостового датчика

    На  рисунке 6 показана линеаризация 1\2 моста. Источник опорного напряжения (Vион), операционный усилитель и измерительный резистор Rs составляют источник тока для возбуждения моста. Дополнительный инструментальный усилитель используется для оконченного усиления выхода.

    Рисунок 6 – Линеаризация полумостового датчика (Возбуждение полумостового источника тока).