MATLAB列车称重监测系统设计及数据处理仿真(6)
电阻应变式传感器是应用虎克定律,在弹性极限范围内,弹性体的变形与使其变形的外力成正比关系,实现称重计量，这是重要的一点为称重监测系统服务。
根据虎克定律,弹性体的变形与使其变形的外力之间的关系为:
L=K F （2.4）
式中:L-弹性体变形大小，K-弹性体变形比例系数，F-使弹性体的变形外力。
称量物体时,造成弹性体的变形外力,就是被称物体的质量,就是车辆的质量，重力w。若K=1,则L=W,根据弹性体变形的大小,可以测量物体的重力,从而测出物体的重量，也就是压倒时轴重，计算出转向架重量。电阻应变式称重传感器有三个部分组成:即弹性体、电阻应变计与测量电路,粘贴技术十分严格,通过连接线将三者联系起来,就可以实现重力转为电量的变化。在论文设计中用到0号、1号两个传感器。通过这两个传感器对转向架上的1、2、3、4号轴进行称重。
在文中的设计过程中是列车通过称重平台，称重传感器的选用首先要考虑使用场合的实际需要,在测力精度和技术性能方面也必须满足实际场合需要。由于它的不同弹性体结构和采用的应变计性能不同,在测量精度以及其他性能方面会有所不同，所以必须要考虑场合。传感器的精度包括额定载荷、灵敏度、非线性、重复性、滞后性等主要技术参数。目前,称重传感器的普通级精度为千分之五,中级精度为千分之二至万分之五,高精度为万分之三至万分之一。传感器量程选择必须考虑以下因素，根据下面的参考选用传感器: 秤台装置的自重、 被称量物体的最大重量、设置情况，传感器设置的数量、偏载情况，正常操作下可能产生的最大偏载、冲击情况，称量状态下的冲击载荷、其它附近的干扰[9]。在后面设计过程中选用的传感器，因为用于列车称重系统，不用选择精度太高，选用普通级精度就可以满足需要，选用传感器工作在额定负荷55%到60％左右,这样即留有保险余量,又确保其使用精度，由于称重监测系统工作环境恶劣，使用时间长，传感器为焊接密封型，它的可靠性比较强，使用时间比较长。如图2.6所示。
图2.6 电阻应变式传感器结构图
2.3.3 线性放大器
传感器输出的信号比较弱，所以线性放大器是必须的。传感器输出信号，称重通道的输入信号为传感器的输出信号。传感器输出的信号很弱,仅为毫伏级别，在进行A/D转换之前,必须经过放大,为了满足要求必须要放大倍数约为几百倍。由于系统采用传感器为应变式,激励电压和信号共模电压较高,所以线性放大器应的共模抑制比应该要较高，而且要求线性放大器的输入电阻应该要较高,防止减低传感器输出信号。为提高精度,放大器还的开环增益应该较高,失调电压较低、失调电流、噪声及漂移等,所以选用的线性放大器为差动输入、单端输出方式。
模拟电路应该选用两级放大,采用一阶滤波RC滤波电路为第一级放大,采用了ICL7652斩波稳零集成运放为前置放大器,这个运放是采用先进的CMOS工艺制成的大规模模拟集成电路,其特点一是超低失调和超低漂移,高增益、高输入阻抗，满足前面所提的条件；二是运放不同,由一时钟控制,前一节拍将输入失调采集并存储于电容中,后一节拍采样和放大信号,并将此刻的失调相抵消,性能极为优越、稳定。电路除采用二个采样/保持电容外,其余的放大、时钟振荡以及所用控制电路均集成于芯片内。该级运放将信号放大约100倍。由一个一阶RC滤波电路连接第二级放大与第一级放大,这个运放是采用高质量,高性能的芯片。