一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器及校准测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种对风洞应变天平信号测量使用的放大器。更具体地说，本发明设 及一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器。
【背景技术】
[0002] 目前的现有技术书中，风洞试验天平信号测量采用的方法和设备主要有两种，其 中一种是采用前置放大器结合后端数据采集终端进行测量，另外一种是直接通过后端数据 采集终端来实现信号的放大、滤波、采集测量。
[0003] 但是现有的测量设置测量精度不高、抗干扰能力不强。随着国家风洞试验高、精、 尖技术的不断发展，对风洞试验测试功能和性能要求越来越高，对测试设备的要求也越来 越高，W往的测试手段已远远不能满足高性能风洞试验的要求，已跟不上科技快速的发展 步伐。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优 点。
[0005] 本发明还有一个目的是提供提供一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器， 其使得具有测量精度高、抗干扰能力强、安全系数更高的优点。
[0006] 本发明还有一个目的是提供一种前置放大器的校准方法，提高后期数据采集终端 的测量精度。
[0007] 本发明还有一个目的是通过前置放大器测量风洞应变天平信号的测量方法，其基 于对前置放大器各放大信号通道的校准，W实现最终测量结果更加精确的目的。
[000引为了实现根据本发明的该些目的和其它优点，提供了一种用于风洞应变天平信号 测量的前置放大器，所述风洞应变天平信号基于设置在风洞中的应变天平产生，包括：
[0009] 放大电路板，其具有8个信号放大通道，且每个通道均设置有对所述测量信号进 行放大的调理电路；
[0010] 直通电路板，其具有8个信号直通通道；
[0011] 其中，所述放大电路板、直通电路板上还分别设置有用于连接至应变天平的输入 连接器P1、用于连接至数据采集终端的输出连接器P2。
[0012] 优选的是，其中，所述调理电路包括：
[0013] 输入放大电路，其与所述应变天平的信号输出端连接，用W对接收的应变天平电 压信号进行高频滤波放大后输出单端电压信号；
[0014] 低通有源滤波电路，其与所述输入放大电路连接，用W对接收到的单端电压信号 中的测量噪声进行降低后输出；
[0015] 差分输出电路，其与所述低通有源滤波电路连接，用W将接收到的经降噪处理后 单端电压信号进行两倍放大并转换成差分信号输出。
[0016] 优选的是，其中，所述输入放大电路包括仪表放大器W及电连接至其输入端的阻 容滤波电路，所述阻容滤波电路的输入端与应变天平的信号输出端连接，所述仪表放大器 由单片集成巧片U1和增益电阻Rg组成增益为100的放大电路。
[0017] 优选的是，其中，所述低通有源滤波电路的输入端与所述仪表放大器的输出端连 接，且所述低通有源滤波电路为10化的四阶己特沃斯低通滤波器，所述四阶己特沃斯低通 器由两个串联的二阶己特沃斯低通滤波电路组成。
[001引优选的是，其中，所述差分输出电路由两个并联至所述低通滤波电路输出端的同 向运算放大器U3A和反向运算放大器U3B组成，W实现单端到差分的转换W及两倍的放大。
[0019] 优选的是，其中，所述应变天平为六分量的应变天平构成的全桥电路，所述全桥电 路的信号输出端、供电端分别通过输入连接器P1与放大电路板、直通电路板通信连接，所 述信号输出端包括向各通道输出差分电压信号的正端Vin+和负端VIN-，所述供电端包括 全桥电路的正端VCC和负端AGND。
[0020] 优选的是，其中，所述输入连接器P1、输出连接器P2连接端的内壁具有间隔距离 不同的两个凹槽，其中
[0021] 所述输入连接器P1为应变天平信号测量提供输入接口，其包括与放大电路板连 接的第一输入连接器Xsl和直通电路板连接的第二输入连接器Xs2,其内分别设置被测天 平信号各通道输入引脚，被测天平桥压输入、反馈引脚W及接地引脚，所述第二输入连接器 Xs2内还设置有放大供电输入引脚；
[0022] 所述输出连接器P2为数据采集终端提供信号输出接口，其包括放大端输出连接 器XS3和直通端输入连接器Xs4,其内分别设置有各通道信号输出引脚，被测天平桥压输 入、反馈引脚W及接地引脚。
[0023] 优选的是，其中，还包括设置在所述放大电路板、直通电路板外侧W实现其与其它 机构电气隔离的绝缘隔离板。
[0024] 一种前置放大器各信号放大通道的校准方法，包括：
[0025] 步骤一、在所述放大电路板的输入连接器端向所述8个信号放大通道中的每个通 道输入i个模拟应变天平信号Ei，然后在输出连接器端输出经每个信号放大通道放大后的 i个电压值Xi，其中所述模拟应变天平信号Ei为电压值在-50~50毫伏的直流信号；
[0026] 步骤二、所述数据采集终端接收各信号放大通道输出的i个电压值Xi，并基于各信 号放大通道输入的i个模拟应变天平信号Ei计算出各信号放大通道的校准参数，所述校准 参数通过W下公式获得：
[0027]
【主权项】
1. 一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，所述风洞应变天平信号基于设置在 风洞中的应变天平产生，其特征在于，包括： 放大电路板，其具有8个信号放大通道，且每个通道均设置有对所述测量信号进行放 大的调理电路； 直通电路板，其具有8个信号直通通道； 其中，所述放大电路板、直通电路板上还分别设置有用于连接至应变天平的输入连接 器P1、用于连接至数据采集终端的输出连接器P2。
2. 如权利要求1所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 调理电路包括： 输入放大电路，其与所述应变天平的信号输出端连接，用以对接收的应变天平电压信 号进行高频滤波放大后输出单端电压信号； 低通有源滤波电路，其与所述输入放大电路连接，用以对接收到的单端电压信号中的 测量噪声进行降低后输出； 差分输出电路，其与所述低通有源滤波电路连接，用以将接收到的经降噪处理后单端 电压信号进行两倍放大并转换成差分信号输出。
3. 如权利要求2所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 输入放大电路包括仪表放大器以及电连接至其输入端的阻容滤波电路，所述阻容滤波电路 的输入端与应变天平的信号输出端连接，所述仪表放大器由单片集成芯片Ul和增益电阻 Rg组成增益为100的放大电路。
4. 如权利要求3所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 低通有源滤波电路的输入端与所述仪表放大器的输出端连接，且所述低通有源滤波电路为 IOHz的四阶巴特沃斯低通滤波器，所述四阶巴特沃斯低通器由两个串联的二阶巴特沃斯低 通滤波电路组成。
5. 如权利要求4所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 差分输出电路由两个并联至所述低通滤波电路输出端的同向运算放大器U3A和反向运算 放大器U3B组成，以实现单端到差分的转换以及两倍的放大。
6. 如权利要求1所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 应变天平为六分量的应变天平构成的全桥电路，所述全桥电路的信号输出端、供电端分别 通过输入连接器Pl与放大电路板、直通电路板通信连接，所述信号输出端包括向各通道 输出差分电压信号的正端Vin+和负端VIN-，所述供电端包括全桥电路的正端VCC和负端 AGND0
7. 如权利要求6所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，所述 输入连接器P1、输出连接器P2连接端的内壁具有间隔距离不同的两个凹槽，其中 所述输入连接器Pl为应变天平信号测量提供输入接口，其包括与放大电路板连接的 第一输入连接器Xsl和直通电路板连接的第二输入连接器Xs2,其内分别设置被测天平信 号各通道输入引脚，被测天平桥压输入、反馈引脚以及接地引脚，所述第二输入连接器Xs2 内还设置有放大供电输入引脚； 所述输出连接器P2为数据采集终端提供信号输出接口，其包括放大端输出连接器XS3 和直通端输入连接器Xs4,其内分别设置有各通道信号输出引脚，被测天平桥压输入、反馈 引脚槽以及接地引脚。
8. 如权利要求1所述的用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其特征在于，还包 括设置在所述放大电路板、直通电路板外侧以实现其与其它机构电气隔离的绝缘隔离板。
9. 一种对权利要求1~8中任一项所述前置放大器中各信号放大通道进行校准的方 法，其特征在于，包括： 步骤一、在所述放大电路板的输入连接器端向所述8个信号放大通道中的每个通道输 入i个模拟应变天平信号Ei，然后在输出连接器端输出经每个信号放大通道放大后的i个 电压值Xi,其中所述模拟应变天平信号Ei为电压值在-50~50毫伏的直流信号； 步骤二、所述数据采集终端接收各信号放大通道输出的i个电压值Xi，并基于各信号放 大通道输入的i个模拟应变天平信号Ei计算出各信号放大通道的校准参数，所述校准参数 通过以下公式获得：
10. -种采用权利要求9所述的校准方法测量风洞应变天平信号的方法，其特征在于， 包括： 步骤一、通过风洞应变天平向放大电路板的8个信号放大通道同时输入应变天平信 号； 步骤二、所述放大电路板的各通道基于接收到的应变天平信号，通过所述调理电路进 行滤波放大后，输出放大后的电压信号Vout」； 步骤三、所述数据采集终端通过所述输出连接器接收放大电路板各信号放大通道输出 的电压信号Voutf并基于各信号放大通道校准参数k和b，采用如下公式计算出应变天平 输出的电压信号Virij， Vinj= (Vout j-bj) Aj. 其中，j为0-7的8个信号放大通道，b#P 分别为各放大信号通道拟合直线的斜率 以及截距。
【专利摘要】本发明公开了一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，所述风洞应变天平信号基于设置在风洞中的应变天平产生，包括：放大电路板，其具有8个信号放大通道，且每个通道均设置有对所述测量信号进行放大的调理电路；直通电路板，其具有8个信号直通通道；其中，所述放大电路板、直通电路板上还分别设置有用于连接至应变天平的输入连接器P1、用于连接至数据采集终端的输出连接器P2。本发明提供一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器，其使得具有测量精度高、抗干扰能力强、安全系数更高的优点。本发明还提供一种前置放大器的校准方法，提高后期数据采集终端的测量精度。
【IPC分类】H03F3-45, G01M9-06
【公开号】CN104836542
【申请号】CN201510218858
【发明人】张永, 王国金
【申请人】四川迈迪测控技术有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月30日