专利名称：载波激励应变式称重系统及其激励方法
技术领域：
本发明涉及一种应变称重系统，特别涉及一种采用载波电压信号进行激励的应变称重系统，以及其载波激励方法。
背景技术：
现有的应变式称重系统是由重力信号的变换和测量两个环节组成的重力信号的变换把电阻应变计粘贴到受力弹性物体的表面，在外力W作用下，弹性物体表面的微小变形造成应变计被拉伸或压缩，致使其阻值发生变化，这个阻值变化量表征了弹性物体所受作用力的大小。把四个应变计按规则连接起来组成惠斯通电桥，给电桥施加一个电压信号作为激励，随着弹性物体所受外力的变化，电桥输出的测量电压信号 Vout将会按比例变化。重力信号的测量把应变计电桥输出的测量电压信号Vout输送给后续的电子测量电路，进行信号放大、滤波、调节、补偿、校准、模数转换、计算等测量处理功能，最终还原出所施加的被测试外力W的大小。现有的应变式称重系统是采用直流激励技术的，它的工作特征是给电阻应变计测量电桥提供一个直流电压信号作为激励，电桥输出的测量信号Vout也是直流电压信号， 然后这个直流电压测量信号进入到后续电子测量电路中，进行直流信号放大等一系列处理。这种直流激励技术存在着以下缺点①当直流电压测量信号Vout进入后续的放大器进行直流信号放大时，放大器的输出信号将会被叠加上较大的来自放大器本身的噪声。对于运算放大器这样的模拟器件来说，其信号输入端的噪声电压密度Dnoise与信号频率F之间的关系基本上如附图1所示，从图上可以看出，在直流信号附近的IHz频率点上的噪声电压密度Dnoise是最大的，从附图2可以看到，在0. IHz—IOHz这段最大噪声电压密度区间的噪声电压峰值Vpp达到了 uV级的水平。在额定外力作用下，电桥输出的最大电压测量信号记为VoutFS，为了使有效测量信号在通过放大器时不被噪声所淹没，通常总是设置一个测量分度值d所代表的输入信号电压大于噪声电压的峰值Vpp，例如设置Id = 2Vpp，这样的话整个系统的测量分辨率为Res = 2Vpp/VoutFS........................公式(1)从上式可见，如果噪声电压的峰值Vpp越大，则测量系统的测量分辨率就越低。②当直流电压测量信号进入后续的放大器进行直流信号放大时，放大器的输出信号Vop_oUt将会随着工作时间推延和环境温度变化而飘移。对于运算放大器这样的模拟器件来说，其信号输入端天然存在着偏置电压AVos， 而且这个偏置电压会随着环境温度的变化而飘移，也会随着工作时间的推延而飘移。按照放大器电路的工作原理，当设置它的增益为Gain后，其输入信号Vout与输出信号Vop_oUt 的关系式为
Vop_out = Gain* (Vout+Δ Vos)........................公式⑵这个AVos始终叠加在输入信号上，即使电桥输出的直流电压测量信号是很稳定的，它经过放大器后的输出信号也会出现温度飘移和时间飘移，从而影响到测量系统长期工作的稳定性。③当直流电压测量信号进入后续电子电路进行信号处理时，容易受到从电源系统传导进来的工频杂波的干扰。采用市电作为工作电源的测量系统，必然会从电源线上传导进来很多50Hz或 60Hz的杂波干扰信号，这种工频干扰信号的功率在各个频率点上的分布情况如图3所示， 从图上可以看出，在工频点附近的干扰功率是最大的，随着频率值的增加其干扰功率会逐步降低。显然，对于处理直流电压信号的测量系统来说，信号在电子电路的各个环节中传递时，所受到的工频干扰的能量是最大的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种信号分辨率高， 可长期稳定性工作的一种载波激励应变式称重系统。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种载波激励应变式称重系统，包括应变计测量电桥，所述应变计测量电桥的输入端与一载波激励信号发生模块连接，所述应变计测量电桥的输出端与一交流放大器连接，所述交流放大器的输出端与解调器连接，所述解调器还与解调参照信号发生模块连接， 所述解调器的输出端与一信号选择模块连接，所述信号选择模块的输出端为系统输出端。本发明还公开了一种上述载波激励应变式称重系统的激励方法在测量时给变计测量电桥施加一个载波激励信号，在外部重力的作用下，应变计测量电桥输出一个具有对称包络的交流测量信号，该交流测量信号被交流信号放大器进行交流信号放大，产生一个与输入信号同频率同相位的交流放大信号，交流放大信号进入解调器在解调参照信号的控制下分离出无包络的测量信号，这个无包络的测量信号再经过信号选择后，还原成有效测量信号。优选的，载波激励信号的频率值应远离工频频率值，并且不是工频频率值的整数倍。上述技术方案具有如下有益效果该载波激励应变式称重系统在进行测量时，通过载波激励信号发生模块产生载波激励信号给应变计测量电桥施加一个载波电压信号作为激励，应变计测量电桥输出与载波激励信号同频率同相位的交流电压信号，这个交流电压信号输送给后续电路进行处理时，完全避免了采用直流激励技术所存在的缺点，具有精度高、抗干扰能力强、使用稳定可靠的优点。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1放大器的噪声电压密度与输入信号频率的关系示意图。图2为放大器在0. IHz-IOHz频率区间的噪声电压示意图。图3为工频干扰信号的功率与信号频率的关系示意图。图4为本发明实施例载波激励应变式称重系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。如图4所示，该载波激励应变式称重系统包括一应变计测量电桥2，应变计测量电桥2的输入端与一载波激励信号发生模块1连接，应变计测量电桥2的输出端与一交流放大器3连接，交流放大器3的输出端与解调器4连接，解调器4还与一解调参照信号发生模块5连接，解调器4的输出端与一信号选择模块6连接，信号选择模块6的输出端即为该系统的输出端。该载波激励应变式称重系统在进行测量称重时，由载波激励信号发生模块1产生载波激励信号，该信号的幅度和频率取决于电子测量电路的驱动能力和带宽，该信号的频率值应远离工频频率值，并且不是工频频率值的整数倍。在外部重力的作用下，应变计测量电桥2输出一个具有对称包络的交流测量信号，该交流测量信号被交流信号放大器3进行交流信号放大，产生一个与输入信号同频率同相位的交流放大信号，交流放大信号进入解调器4在解调参照信号发生模块5发出的解调参照信号的控制下分离出无包络的测量信号，这个无包络的测量信号再经过信号选择模块6进行信号选择后，即可还原成有效测量信号。由于测量信号为交流信号，这样就有效避免了采用直流信号进行测量存在的缺点ο①当交流电压测量信号Vout进入后续的交流放大器进行交流信号放大时，交流放大器的输出信号被叠加上的来自交流放大器本身的噪声电压很小。从附图1可以看出， 在载波激励信号的频率点fCF上，放大器信号输入端的噪声电压密度Dnoise很小，在这个频率点上的噪声电压峰值Vpp-CF =5Dnoise/^2",这个噪声电压峰值只有IOnV级的水平。如果设置Id = 2Vpp_CF,则整个系统的测量分辨率为
权利要求
1.一种载波激励应变式称重系统，包括应变计测量电桥，其特征在于所述应变计测量电桥的输入端与一载波激励信号发生模块连接，所述应变计测量电桥的输出端与一交流放大器连接，所述交流放大器的输出端与解调器连接，所述解调器还与解调参照信号发生模块连接，所述解调器的输出端与一信号选择模块连接，所述信号选择模块的输出端为系统输出端。
2.一种载波激励应变式称重系统的激励方法，其特征在于在测量时给变计测量电桥施加一个载波激励信号，在外部重力的作用下，应变计测量电桥输出一个具有对称包络的交流测量信号，该交流测量信号被交流信号放大器进行交流信号放大，产生一个与输入信号同频率同相位的交流放大信号，交流放大信号进入解调器在解调参照信号的控制下分离出无包络的测量信号，这个无包络的测量信号再经过信号选择后，还原成有效测量信号。
3.根据权利要求2所述的载波激励应变式称重系统的激励方法，其特征在于载波激励信号的频率值应远离工频频率值，并且不是工频频率值的整数倍。
全文摘要
本发明公开了一种载波激励应变式称重系统，包括应变计测量电桥，应变计测量电桥的输入端与一载波激励信号发生模块连接，应变计测量电桥的输出端与一交流放大器连接，交流放大器的输出端与解调器连接，解调器还与解调参照信号发生模块连接，解调器的输出端与一信号选择模块连接，信号选择模块的输出端为系统输出端。该系统在进行测量时，产生载波激励信号给应变计测量电桥施加一个载波电压信号作为激励，应变计测量电桥输出与载波激励信号同频率同相位的交流电压信号，这个交流电压信号输送给后续电路进行处理时，完全避免了采用直流激励技术所存在的缺点，具有精度高、抗干扰能力强、使用稳定可靠的优点。
文档编号G01G3/142GK102183286SQ20111005538
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者龚小林 申请人:苏州钮曼精密机电有限公司