51单片机拉力采集系统设计(5)
3.1.4 力值传感器激励源
为使应变传感器产生一个与其受力大小相适应的电信号输出，必须为应变片电桥提供合适的激励源，为了获得较好的应用效果，通常采用恒压源或者恒流源激励电桥。一般精度测量时用恒流源激励。恒压源激励时，测量的精度取决于恒压源稳压器件的精度。[10]
在典型的电阻式应变传感器应用中，由电阻应变片构成的电桥输出的电压差分信号与传感器受到的压力和对电桥施加的激励电压成一定比利，当应变量一定时电桥输出的差分电压信号精度受激励源影响，其影响程度与激励源波动程度相当，因此在力值测量中电阻式应变传感器激励源设计是十分重要的。
恒流源激励有利于热灵敏度漂移的补偿作用，因为桥臂电阻器的温度系数为正，而灵敏度温度系数为负。恒流激励时的输出信号电压的温度系数是两者的代数和。而恒压激励不能直接提供灵敏度温度补偿效果，但用恒压源激励时可在桥外串接热敏电阻或二极管以补偿热灵敏度漂移。
3.2前置放大器
3.2.1 前置放大器概述
电阻式应变电桥输出的电信号通常很微弱并且受到噪声、失调和增益误差的影响。在对电桥的输出信号数字化处理之前，必须先将其通过放大、滤波等环节进行调理以便与模数转换器（ADC）的输入范围想匹配。采用AD620仪表放大器构成力值传感器输出信号的前置放大单元。
3.2.2 AD620仪表放大器简介
AD620是一种低功耗、高精度仪表放大器,它只需要一个外接电阻,即可设置各种增益(1～1000)。AD620与分离元件组成的仪表放大器(三运放结构)相比较具有体积小、功耗低、精度高等优点。AD620已在精密数据采集系统(如衡量器
和传感器接口)获得广泛应用。[11]
以下是AD620的技术参数：
电源电压:±15V;
电源电流:0.9mA;
短路电流:±18mA;
转换速率:1.5V/μs;
工作温度(C级):-40～85℃；
电源电压:±18.0V;
存贮温度(C级):-65～150℃;
内部功耗:650mW;
共模输入电压:±VS;
差模输入电压:±25V;
输出短路持续时间:无限制。
3.2.3 AD620工作原理
如图3.4所示，仪表放大电路是由三个放大器所共同组成，其中的电阻R与Rx需在放大器的电阻适用范围内(1kW~10kW)。由固定的电阻R，我们可以调整Rx来调整放大的增益值，其关系式如式(3.3)所示：
V0 = (1 + 2R/RX ) ( V1 - V2 ) 式(3.3)
同时，注意避免每个放大器的饱和现象（放大器最大输出为其工作电压±Vdc）。
图3.4所示为AD620仪表放大器的引脚图。其中1、8接脚要跨接一电阻来调整放大倍率（作用同式(3.2.1)中之Rx），4、7接脚需提供正负相等的工作电压，由2、3接脚输入的放大的电压即可从接脚6输出放大后的电压值。接脚5则是参考基准，如果接地则接脚6的输出即为与地之间的相对电压。
图3.4 AD620引脚示意图
AD620的放大增益关系式如式(3.4)、式(3.5)所示：
G = （49.4KΩ / RG）+1 （式3.4）
RG = 49.4KΩ /（G+1） （式3.5）