专利名称：一种带放大电路装置的定标型换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物医学实验和科学研究中应变片桥式换能器对所测物理量的定量检测，特别是用于测量肌肉张力和血压的应变片桥式定标型换能器。
背景技术：
现在国内市场上出现的用于生物医学实验和科学研究的肌张力换能器和血压换能器大多数是应变电桥式的，换能器本身不带电源也不带放大器电路对信号进行处理，它一般用在记录仪上由记录仪提供电源和处理电桥信号。这种换能器只能实现张力和压力物理量的线性测量，即U＝K×F(式中U为电压、K为灵敏度常数、F为张力或压力)，至于K灵敏度，却因为应变片灵敏度参数的离散性以及应变片电桥供电电压精度和稳定性差，从而造成K值不一致性。用户在购买了这种换能器以后往往只能做定性分析，若要做定量分析则需要自己用标准砝码或标准压力表去标定出K值；且每换一只换能器，用户必须重新定标。这样，一方面给用户带来了很多不便；另一方面，由于受到专业设备的限制以及人为误差的影响，往往使定标精确性和一致性都不高，从而影响测量和实验的结果。
发明内容
本实用新型的目的就是要设计一种带放大电路装置的定标型换能器，用户购买后无需重新定标，使用方便，能获得精确与稳定实验结果。
本实用新型的解决方案是用下述方法来实现，即通过在换能器应变片电桥输出电路上进行改进。所述换能器可以是普通的肌张力换能器，也可以是普通的血压换能器。其改进只在其输出端加接一个放大电路装置和一个输出接口。所述放大电路装置是由精密稳压电路、调零电路，和增加一级差分放大电路组成，精密基准源为应变电桥和调零电路同时提供稳定电源。通过调整该装置的放大电路的放大倍数，使最终输出电压U与肌肉张力或血压F成恒定灵敏度K的关系。这样就能确保每一只换能器的灵敏度相同，并且灵敏度不会因为应变片参数离散性和换能器的供电不稳而改变。同时还由于使用了精密基准源供电的电源的零位调整电路，从而保证了零位精度与稳定。故能在较长时间内使用这种定标型换能器测量而不影响测量结果的精确性。
下面结合本实用新型的附图作进一步说明
图1为本实用新型的结构组成示意图；图2为本实用新型图1中B的结构示意图；图3为本实用新型的电路图；附图中A为肌张力换能器或血压换能器，B为改进电路装置，C为输出接口。I为精密稳压电路，II为差分放大电路，III为调零电路；U1是换能器应变片电桥，R1、R2、R3是电阻，Z1是2.5V精密基准源，W1、W2是电位器，U2是低漂移差分放大器。
1、2是为电桥供电的输入端子，同时2也是电源地端子，3、4是电桥的信号输出端子，5是换能器正电源输入端子，6是换能器负电源输入端子，7是放大器输出信号端子，8是机盒，9是盒子盖板，10是螺钉，11为电缆，12为电缆。
附图中方框I内R3和Z1构成了一个精密稳压电路。R3是限流作用，它的阻值大小由换能器正电源5和电桥供电端输入电阻共同决定，即电桥供电端输入电阻对换能器正电源输出端子5的分压应该在Z1的工作范围内。该精密稳压电路为电桥提供了高精度和低温漂的稳定电源，进而为稳定整个电路的放大精度和改善电路的整体漂移起到了重要作用。电桥没有直接使用外部提供的电源就是因为外部电源一般用的是线性或开关稳压器，它们无论在稳压精度以及温漂的指标都不如精密基准源，这正是本实用新型增加一级精密稳压电路重要性所在。
附图中方框II内U2、R1和W1共同构成差分放大电路。调节电位器W1可以改变放大器的增益。
附图中方框III内R2和W2构成调零电路。该电路使用了精密基准源U1提供的电源，从而提高了零位的精度和稳定性。
本实用新型的附图1中普通肌张力或压力换能器A输出与放大电路装置B之间通过电缆11相互连接；B、C之间通过电缆12将放大电路装置B所测出结果送至输出接口C送至二次仪表显示分析。具体连接如图3所示。即换能器正电源5经电阻R3与精密基准源Z1的反向端连接，精密基准源Z1的正向端与参考地连接，从而在Z1的反向端形成一个稳定的电压。这个稳定电压一方面为电桥提供正电压，因此与换能器方框A中电桥1端子连接；另一方面为调零电路方框III的调零电路提供电压，因此与调零电位器W2的1脚连接。换能器方框A中电桥的负供电端子2与参考地连接，电桥的正输出端子3与差分放大器U2的正向端连接，电桥的负输出端子4与差分放大器U2的负向端连接。调零电路方框III的电位器W2的3脚与参考地连接，W2的中心抽头2脚与电阻R2的一脚连接，R2的另外一脚与差分放大电路U2的反向端和换能器电桥(A)的负端连接。电位器W1和电阻R1串联后与差分放大电路U2的内置电路连接共同构成为增益放大电路。差分放大电路U2的正电源脚与换能器正电源5连接，负电源脚与换能器负电源6连接。差分放大电路U2的输出脚与换能器输出接口7连接。上述放大电路装置装在机盒中的印制线路板上有精密稳压电路、差分放大电路、调零电路、换能器正电源输入端子、差分放大电路信号端子、机盒盖板和电缆。
本实用新型工作原理根据电桥原理将应变片接入电桥，在空载即在没有力的物理量加载的情况下，电桥两个输出端的信号电压值相等，经过差分电路运算，差分放大器的输出信号为零(由于运放存在失调电压，输出信号可能不为零，可以通过调节调零电位器W2使差分放大器的输出为零)。加载后，电桥两个输出端的信号电压值不再相等，经过差分放大器运算，差分放大器的输出信号与电桥输出信号差成正比。因为电桥输出端信号差与加载的力成正比，所以测出差分放大器的输出信号就能计算出加载的力的大小。
依据前述原理，以下是定标方法在空载时，通过调节调零电位器W2使换能器输出为零。在换能器输入端加载标准物理量(张力或压力)，然后调节增益电位器W1使换能器输出为相应的一个电压信号，这样就保证了输入与输出的固定灵敏度，完成了换能器的定标。即压力或张力换能器定标均可在放大电路装置进行。以后在测量被测量(张力或压力)时，只要该物理量在允许的输入范围内时，通过检测换能器的输出电压值就能根据定好的灵敏度很方便地计算出被测量的真实大小。
实施例本实用新型电路中元器件均为市售通用商品，其中U1为普通的肌张力换能器或血压换能器，Z1为LM336，R3的阻值为100Ω-1kΩ，U2为INA128，R1的阻值为1kΩ-30kΩ，W1、W2的阻值为10kΩ-100kΩ，R2的阻值为10kΩ-50kΩ；U2采用低漂移的差分放大器，一般差分放大器增益控制在4-10倍间。输出接口C采用市售接口，电缆用市售多股屏蔽电缆，其电缆11、12的长度一般在0.5米。机盒采用金属或硬质塑料制成长方形或多边扁形。
采用本实用新型保证了生物医学的实验和科研工作中检测的精确性和稳定性，特别是各换能器之间有了互换性。经过改进后的换能器兼容以前的系统，不影响老用户的使用。如果使用数字化的信号采集系统(如RM系列多道生理信号采集处理系统)，通过软件的自动计算功能，可以快速得出测量结果。该换能器使用方便，操作简单，在成本增加不多的情况下，使性能大大提高，制造容易。
权利要求1.一种由应变片电桥换能器、放大电路装置，电缆和输出接口组成的带放大电路装置的定标型换能器，其特征在于所述放大电路装置中的差分放大电路(U2)输入正负端与换能器方框(A)中电桥输出端子(3、4)相连接，换能器正电源(5)经电阻R3与精密基准电源(Z1)反向端连接，Z1正向端与参考地连接，Z1的反向端与换能器方框A中的(1)端子连接，与调零电路中电位器W2的1脚相连接，换能器方框(A)中电桥端子(2)与参考地连接；调零电路方框(III)中的电位器W2的3脚与参考地连接；W2的中心抽头2脚与电阻R2的一脚连接，R2的另一脚与差分放大电路(U2)负端及换能器电桥(A)的负端连接；电位器W1与电阻R1串联后与差分放大电路(U2)内置电路连接，差分放大电路(U2)的正电源脚与换能器正电源脚(5)连接，负电源脚与换能器负电源脚的连接；差分放大电路(U2)的输出脚与换能器输出接口(7)连接；所述放大电路装置装在机盒中的印制线路板上有精密稳压电路、差分放大电路、调零电路、换能器正电源输入端子、差分放大电路信号端子、机盒盖板和电缆。
2.根据权利要求1所述的定标型换能器，其特征在于应变片电桥换能器和调零电路的稳定电源由精密基准源供给。
3.根据权利要求1所述定标型换能器，其特征在于肌张力换能器或压力换能器上进行定标时在放大电路装置上差分放大器中有可调电位器W1。
4.根据权利要求1所述定标型换能器，其特征在于机盒用金属或硬质材料制成长方形或多边扁形。
专利摘要本实用新型公开了一种自带放大电路装置的定标型换能器，换能器可以是肌张力换能器也可以是压力换能器，它属于生物医学实验和科学研究中用于肌肉张力或血压定量测量的应变片桥式换能器，为保证测量的精确性和稳定性，在原应变片电桥输出端增加了精密稳压电路、调零电路和差分放大电路，通过调节放大倍数，达到输出电压与肌肉张力或血压成恒定线性关系，完成精确的检测结果，具有体积小、使用简单、成本低、使用方便，特别适用生物医学实验和科学研究。
文档编号H03F3/45GK2922793SQ20052003508
公开日2007年7月18日 申请日期2005年8月12日 优先权日2005年8月12日
发明者张世辉, 叶建重 申请人:成都仪器厂