一种高精度信号测量电路的制作方法

本实用新型涉及一种高精度信号测量电路，属于磁测仪无损应力检测技术领域。

背景技术：

磁测仪无损应力检测技术领域信号测量电路经历了三个发展历程，第一阶段桥式采样电路与运算放大器构成的信号处理电路；第二阶段桥式采样电路与三运放构成的仪表放大器信号处理电路；第三阶段专用仪表放大器出现，用桥式采样电路与专用仪表放大器构成仪表放大器信号处理电路，大大提高了采样精度。

磁测仪无损应力检测技术领域需采集微弱信号，受探头与测量工件接触面气隙、环境温度、EMC影响，对测量精度影响较大。目前，桥式采样信号提取电路桥臂上选用普通电阻，测量精度受环境温度影响较大。探头与测量工件接触面气隙对测量精度影响较大。二阶有源滤波电路滤波参数不合理，外界环境、EMC对测量精度影响较大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高精度信号测量电路；

本实用新型的技术方案为：

一种高精度信号测量电路，包括依次连接的采样测量电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路，所述采样测量电路为桥式采样测量电路，包括电阻R23、电阻R24、电阻R25、快速整流二极管D8、快速整流二极管D9、快速整流二极管D10、快速整流二极管D11、快速整流二极管D12、快速整流二极管D13、快速整流二极管D14、快速整流二极管D15，基准探头的引脚1通过所述电阻R23连接所述调零电阻的引脚3，基准探头的引脚2分别连接所述快速整流二极管D8、所述快速整流二极管D10，调零电阻的引脚2连接所述输出模块的引脚2，调零电阻的引脚1连接所述测试探头的引脚2，测试探头的引脚1分别连接所述快速整流二极管D12、所述快速整流二极管D14，输出模块的引脚1分别连接所述电阻R24、电阻R25；所述快速整流二极管D14、快速整流二极管D12、快速整流二极管D10、快速整流二极管D8依次连接，所述快速整流二极管D15、快速整流二极管D13、快速整流二极管D11、快速整流二极管D9依次连接，所述快速整流二极管D15的正极连接所述快速整流二极管D14的正极，所述快速整流二极管D8的负极连接所述快速整流二极管D9的负极。

此处设计的优势在于，采样测量电路为桥式采样测量电路，消除了测量探头与测量元器件表面气隙对测量精度影响。

根据本实用新型优选的，所述电阻R23、电阻R24、电阻R25均为电阻值为100-200Ω、精度为0.1％-0.5％的金属膜电阻；所述快速整流二极管D8、快速整流二极管D9、快速整流二极管D10、快速整流二极管D11、快速整流二极管D12、快速整流二极管D13、快速整流二极管D14、快速整流二极管D15的型号为SR160。

此处设计的优势在于，测量桥臂上选用0.5％高精度金属膜电阻，消除了温度对测量精度的影响，信号放大电路选用流行的专用仪表测量放大芯片AD620，高精度测量电阻选取，消除了环境因素对测量精度的影响。

根据本实用新型优选的，所述信号放大电路包括放大器、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28，所述放大器的引脚4连接所述电容C28的一端，所述电容C28的另一端接地，所述放大器的引脚2依次连接所述电容C24的一端、所述电阻R27的一端、快速整流二极管D9的负极、所述电阻R26的一端，所述放大器的引脚3依次连接所述电容C24的另一端、所述电容C25的一端、所述电阻R27的另一端、所述电阻R26的另一端、所述快速整流二极管D11与快速整流二极管D13之间、所述快速整流二极管D10与快速整流二极管D12之间，所述放大器的引脚1通过所述电阻R28连接所述放大器的引脚8，所述放大器的引脚5接地，所述放大器的引脚7连接电容C27的一端，电容C27的另一端分别连接电容C25的另一端、电容C26，所述放大器的型号为AD620，所述电阻R26、电阻R27、电阻R28均为电阻值为80-150Ω、精度为0.1％-0.5％的金属膜电阻，所述电容C24为陶瓷474-105电容，所述电容C25、电容C26均为安规472-103电容。

此处设计的优势在于，信号放大电路选用流行的专用仪表测量放大芯片AD620，高精度测量电阻选取，消除了环境因素对测量精度的影响。所述电容C25、电容C26均为安规472-103电容，消除测量电路中的共模干扰。所述电容C24为陶瓷474-105电容，消除测量电路中的差模干扰。

根据本实用新型优选的，所述滤波电路包括第一双运算放大器、电阻R29、电阻R30、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33，所述第一双运算放大器的引脚1依次连接所述电容C31、所述电容C29；所述第一双运算放大器的引脚2连接所述第一双运算放大器的引脚1；所述第一双运算放大器的引脚3分两路，一路依次连接电阻R30、电阻R29、所述放大器的引脚6，另一路连接电容C30；所述第一双运算放大器的引脚4连接所述电容C33，所述第一双运算放大器的引脚8连接所述电容C32，所述第一双运算放大器的型号为TL082，电阻R29的电阻值为75-100kΩ，电阻R30的电阻值为100-150kΩ，电容C29为电容值为6.8-10UF9的钽电解电容，电容C30为电容值为0.1-0.47UF的钽电解电容，电容C31为电容值为0.47-1UF的钽电解电容。

二阶有源滤波电路滤除测量信号中的高频杂波，消除了外界环境对测量精度影响。具体滤波参数是有MATLAB仿真和实际调试经验总结得来。

根据本实用新型优选的，所述信号处理电路包括第二双运算放大器、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34，所述第二双运算放大器的引脚5分两路，一路连接电阻R34，另一路通过电阻R31连接滑动电阻VR2的滑臂，所述第二双运算放大器的引脚6分三路，第一路通过电阻R32连接所述滑动电阻VR2的一端，第二路通过电容C34连接所述滑动电阻VR2的一端，第三路通过电阻R33连接所述第二双运算放大器的引脚7，所述滑动电阻VR2的另一端分别连接所述第一双运算放大器的引脚1及所述第一双运算放大器的引脚2。

信号处理电路将滤波后信号通过1.65V基准抬高处理成0-3.3V信号。

本实用新型的工作过程为：磁测仪探头与高精度电阻构成桥式采样测量电路，提取反映被测工件拉应力值和压应力值微弱信号，然后通过专用仪表放大器组成的信号放大电路放大，低频滤波电路滤除采样信号中高频干扰信号，信号处理电路把采样信号转换成AD采样口需要的0-3V信号。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所采用采样信号提取电路，选用与探头内阻相匹配的高精度测量电阻，消除温度对测量精度的影响，降低探头与测量工件接触面气隙对测量精度影响。二阶有源滤波参数选取，降低EMC对测量精度影响。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构连接图；

图2(a)为实施例本所述电路对碳钢工件1应力测试分布曲线示意图；

图2(b)为实施例本所述电路对碳钢工件2应力测试分布曲线示意图；

图2(c)为实施例本所述电路对碳钢工件3应力测试分布曲线示意图；

图3(a)为传统电路对碳钢工件1应力测试分布曲线示意图；

图3(b)为传统电路对碳钢工件2应力测试分布曲线示意图；

图3(c)为传统电路对碳钢工件3应力测试分布曲线示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步限定，但不限于此。

实施例

一种高精度信号测量电路，如图1所示，包括依次连接的采样测量电路、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路，采样测量电路为桥式采样测量电路，包括电阻R23、电阻R24、电阻R25、快速整流二极管D8、快速整流二极管D9、快速整流二极管D10、快速整流二极管D11、快速整流二极管D12、快速整流二极管D13、快速整流二极管D14、快速整流二极管D15，基准探头的引脚1通过电阻R23连接调零电阻的引脚3，基准探头的引脚2分别连接快速整流二极管D8、快速整流二极管D10，调零电阻的引脚2连接输出模块的引脚2，调零电阻的引脚1连接测试探头的引脚2，测试探头的引脚1分别连接快速整流二极管D12、快速整流二极管D14，输出模块的引脚1分别连接电阻R24、电阻R25；快速整流二极管D14、快速整流二极管D12、快速整流二极管D10、快速整流二极管D8依次连接，快速整流二极管D15、快速整流二极管D13、快速整流二极管D11、快速整流二极管D9依次连接，快速整流二极管D15的正极连接快速整流二极管D14的正极，快速整流二极管D8的负极连接快速整流二极管D9的负极。

此处设计的优势在于，采样测量电路为桥式采样测量电路，消除了测量探头与测量元器件表面气隙对测量精度影响。

电阻R23、电阻R24、电阻R25均为电阻值为150Ω、精度为0.5％的金属膜电阻；快速整流二极管D8、快速整流二极管D9、快速整流二极管D10、快速整流二极管D11、快速整流二极管D12、快速整流二极管D13、快速整流二极管D14、快速整流二极管D15的型号均为SR160。

此处设计的优势在于，测量桥臂上选用0.5％高精度金属膜电阻，消除了温度对测量精度的影响。

信号放大电路包括放大器、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28，放大器的引脚4连接电容C28的一端，电容C28的另一端接地，放大器的引脚2依次连接电容C24的一端、电阻R27的一端、快速整流二极管D9的负极、电阻R26的一端，放大器的引脚3依次连接电容C24的另一端、电容C25的一端、电阻R27的另一端、电阻R26的另一端、快速整流二极管D11与快速整流二极管D13之间、快速整流二极管D10与快速整流二极管D12之间，放大器的引脚1通过电阻R28连接放大器的引脚8，放大器的引脚5接地，放大器的引脚7连接电容C27的一端，电容C27的另一端分别连接电容C25的另一端、电容C26，放大器的型号为AD620，电阻R26、电阻R27、电阻R28均为电阻值为110Ω、精度为0.5％的金属膜电阻，电容C24为陶瓷474-105电容，电容C25、电容C26均为安规472-103电容。

此处设计的优势在于，信号放大电路选用流行的专用仪表测量放大芯片AD620，高精度测量电阻选取，消除了环境因素对测量精度的影响。电容C25、电容C26均为安规472-103电容，消除测量电路中的共模干扰。电容C24为陶瓷474-105电容，消除测量电路中的差模干扰。

滤波电路包括第一双运算放大器、电阻R29、电阻R30、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33，第一双运算放大器的引脚1依次连接电容C31、电容C29；第一双运算放大器的引脚2连接第一双运算放大器的引脚1；第一双运算放大器的引脚3分两路，一路依次连接电阻R30、电阻R29、放大器的引脚6，另一路连接电容C30；第一双运算放大器的引脚4连接电容C33，第一双运算放大器的引脚8连接所述电容C32，第一双运算放大器的型号为TL082，电阻R29的电阻值为85kΩ，电阻R30的电阻值为125kΩ，电容C29为电容值为6.8-10UF9的钽电解电容，电容C30为电容值为0.1-0.47UF的钽电解电容，电容C31为电容值为0.47-1UF的钽电解电容。

二阶有源滤波电路滤除测量信号中的高频杂波，消除了外界环境对测量精度影响。具体滤波参数是有MATLAB仿真和实际调试经验总结得来。

信号处理电路包括第二双运算放大器、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34，第二双运算放大器的引脚5分两路，一路连接电阻R34，另一路通过电阻R31连接滑动电阻VR2的滑臂，第二双运算放大器的引脚6分三路，第一路通过电阻R32连接滑动电阻VR2的一端，第二路通过电容C34连接滑动电阻VR2的一端，第三路通过电阻R33连接第二双运算放大器的引脚7，滑动电阻VR2的另一端分别连接第一双运算放大器的引脚1及第一双运算放大器的引脚2。

信号处理电路将滤波后信号通过1.65V基准抬高处理成0-3.3V信号。

本实施例中所采用采样信号提取电路，选用与探头内阻相匹配的高精度测量电阻，消除温度对测量精度的影响，降低探头与测量工件接触面气隙对测量精度影响。二阶有源滤波参数选取，降低EMC对测量精度影响。

图2(a)为本实施例的电路对碳钢工件1应力测试分布曲线示意图；图2(b)为本实施例的电路对碳钢工件2应力测试分布曲线示意图；图2(c)为本实施例的电路对碳钢工件3应力测试分布曲线示意图；图3(a)为传统电路对碳钢工件1应力测试分布曲线示意图；图3(b)为传统电路对碳钢工件2应力测试分布曲线示意图；图3(c)为传统电路对碳钢工件3应力测试分布曲线示意图；曲线M为垂直焊道横向应力分布曲线，曲线N为垂直焊道纵向应力分布曲线。图2(a)与图3(a)相比，图2(b)与图3(b)相比，图2(c)与图3(c)相比，可以得到：本实施例所述电路消除温度对测量精度的影响，降低探头与测量工件接触面气隙对测量精度影响。二阶有源滤波参数选取，降低EMC对测量精度影响。