嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-82788689  010-62975458
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

使用高精度仪表放大器进行远程检测

2021/3/11 15:14:02
浏览次数: 2

  摘要


  仪表放大器(IA)是检测应用的主力。本文将探讨一些利用仪表放大器的平衡和出色直流/低频共模抑制(CMR)特性的方法,使得仪表放大器配合阻性传感器(例如应变计)使用,传感器与放大器在物理上分离。本文将提出一些提高此类增益级的抗噪性,同时降低其对电源变化和元件漂移的敏感性的方法。文章还会提供实测性能值和结果以展示精度范围,方便最终用户应用进行快速评估。


  详细说明


  说到传感器,几乎没有什么能比得过惠斯登电桥(图1)。该电桥可产生差分电压,当物理参数变化时,差分电压会随之发生可预测的变化。差分电压还有抑制温度和时间漂移的附带好处。差分电压位于较大共模(CM)电压之上。使用仪表放大器来放大电桥提供的小信号。仪表放大器的优点在于,在电桥元件负载很少或没有负载的情况下,它可以检测差分电压并将CM抑制到传统运算放大器无法实现(因为要求外部电阻高度匹配)的程度。


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  图1. 惠斯登电桥


  物理测量所用的电子设备常常远离被测物理参数。例如,埋在卡车称重站路面下方或桥梁结构内的应变计测量,不太可能位于读取测量结果的电子设备旁边。当使用双线四分之一桥接应变计(例如Omega公司的SGT-1/350-TY43)时,传感器放在远离检测放大器的地方,如图2所示,产生的结果不令人满意,即便传感器引线使用屏蔽双绞线也无效。


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  图2. 远程传感器设置受到环境噪声拾取的影响


  问题在于,屏蔽双绞线不是对长电缆线路上的所有干扰都能抑制。在这种情况下,不能依靠仪器的良好平衡输入来消除CM影响。长电缆拾取的干扰对放大器正负输入的影响是不均衡的,而且输入包含CMR无法消除的不相关信号。因此,如图3所示,由于对CM噪声(看似如此)的响应不平衡,在电路输出端发现明显噪声并不奇怪。


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  图3. 麻烦的放大器输出端120 Hz噪声(0.1 V/div,2 ms/div)


  为了从CM(直流和干扰)中成功提取很小的电桥差分电压,一种解决方案是使用两对屏蔽或非屏蔽双绞线(UTP)。这样,仪表放大器的两个输入实现均衡,受到的CM噪声影响相同,如图4所示。诸如LT6370之类的器件具有出色的低频CMR (120 dB),能够可靠地抑制困扰IA输入的噪声。结果,即使在嘈杂的环境中,远距离输出波形也很干净。


 使用高精度仪表放大器进行远程检测


  图4. 使用两根非屏蔽双绞线进行远程检测


  有了LT6370的全部CMR功能,我们可以更进一步,通过减少一对接线来简化配置,仅留下一根UTP。此概念如图5所示,其中U2的输入保持平衡以获得良好的CMR。注意UTP引线看起来与U2相同,并有相同的对地阻抗(R2、R4)。


  使用高精度仪表放大器进行远程检测

  图5. 用于远程检测的单根UTP


  对于图5所示的元件值,流过传感器RSENSOR的电流约为1 mA。使用U1的RG1值,该级以G = 10 V/V运行,输出电压为RSENSOR上电压的10倍放大副本,约为3.5 V。U1的主要任务是消除UTP长导线上存在的且仅响应传感器电压的干扰,传感器电压等于传感器电阻乘以流经其中的约1 mA电流。LT6370出色的低失调电压和漂移,以及优异的CMR特性,使其成为显而易见的选择。


  惠斯登电桥的另一半由R5、R6和VR1组成,其电流与电桥的传感器部分几乎相同。U1输出端的传感器电压和VR1游标处的基准电压均经过低通滤波后达到U2的差分输入端,以消除干扰噪声。U2设置为高增益(G = 1 + 24.2 kΩ/RG2 = 100 V/V),以放大正输入端上的非常小的传感器电压,而负输入端上是固定的低噪声基准电压,自基准电压源 LT6657-5 产生。U1输出精确代表实测的施加于传感器(其附着于目标元件或材料)的应变,以驱动ADC或其他类似的信号处理。


  可选DAC和OPA(U4、U5)连接到U2的REF引脚(如果不需要偏移调整,可以将其接地),可用于提供输出偏移调整和调零。使用DAC可以将U2输出电压移动到适合所选ADC的基准或CM电平。例如,基准电压为5V的ADC可以直接从U2驱动,使用DAC驱动U2REF输入,将其零输出设置为2.5V。这样,0 V至2.5 V ADC模拟输入代表压缩应变,2.5 V至5 V信号代表拉伸应变。需要注意的是,驱动U2 REF引脚的器件(本例中为AD820)应保持低阻抗,以消除任何可能的增益误差。


  以下是输出电压与传感器电阻的关系以及输出电压与被测量应变(ε)的关系的表达式:


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  其中,ΔRSENSOR为应变引起的传感器电阻的变化


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


 使用高精度仪表放大器进行远程检测

  其中:


  L 指传感器长度


  ε 指被测应变量


  对于所选的传感器:


  Rsensor = 350 Ω


  GF= 2


  产生的应变(ε)为:


  使用高精度仪表放大器进行远程检测

  LT6370的超低增益误差(G = 10 V/V时小于0.084%)和低输入失调电压(全温度范围内最大值小于50 μV),保证U2获得传感器电压的真实副本,减去UTP拾取的干扰,与U2反相输入端产生的基准电压进行比较。LT6657-5产生稳定、低噪声、低漂移的基准电压,使整个电路不受电源电压变化的影响。特别重要的是,LT6657-5的1/f噪声很低,这点意义重大,因为电路的增益很大。


  U2每个输入端的简单RC低通滤波器(R9、C2和R10、C3)的滚降频率设置为约10 Hz,输出噪声可以通过限制带宽来降低。如图6所示,LT6370的1/f噪声转折频率很低(<10 Hz),1/f噪声的影响很小,这是一个优势。此外,电流噪声密度图显示,利用输入端噪声的相关分量,保持两个输入阻抗平衡以使电流噪声影响最低要好得多。因此,由于VR1的游标具有等效阻抗,R10的值降至3.74 kΩ,以与4.75 kΩ的R9阻抗匹配。


  使用高精度仪表放大器进行远程检测


  图6. LT6370输入基准电流/电压噪声密度


  结语


  电桥传感器远离信号处理放大器,需要仪表放大器来提取干净的实测差分电压。LT6370仪表放大器的特性使其能够成功处理远程传感器通过长电缆传来的信号。LT6370制造工艺在生产测试期间调用片内加热器来保证温度漂移值,进一步增强了LT6370对远程监控应用的适应性,并延长了其在难以维修的设备中的使用寿命和产品寿命。


推荐阅读
  • 点击次数: 3
    2021-05-14
    兆亿微波新到货产品,mini-circuitS是兆亿微波优势品牌,近期新到库LTCC系列高通滤波器,该产品型号为HFCN-1910D +,如果近期您有需求,可以及时联系我们在线客服,将为您提供满意报价。
  • 点击次数: 0
    2021-05-13
    电容在电路板的运行过程中是缺一不可的配置,很多人会问:电容器起什么作用?其实电容器在电路板中起着重要的作用,电容器的作用是:耦合作用、滤波作用。电容耦合功能:电容的耦合作用主要是在电路板产生低频率的时候,负责将低频率的信号传递与放大,过程中为了避免影响到前后两极电路板静态工作的相互影响,因此才去采用电容的藕合,另一方面为防止信号中低频分量损失过大,在一般的情况下我们会采取容量相对较大的电解电容。电容滤波功能:在电路板的电源电路中,电路中的电流会将交流的电路变成脉动的直流电路,因此需要在整流电路之后要接上一个比较大容量的电解质电容,充分的利用其充电、放电的特性。通过电容之后就可以使得原来的脉动直流电压变的相对比较稳定的直流电压了。在实际的情况中,因为我们为了防止电路板电路中各部分的供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,因此我们需要的是在其两端并联一个电容容量为0.001--0.lpF左右电容,以滤除高频及脉冲干扰。电路板电容的作用是比较多的,上述只是简单的介绍两种比较重要的作用而已,电容起着什么样的作用还需要看电容放在什么电路中,主要的作用还有整流(耦合)、稳压,具体看线路决定。看了兆亿微波商城对电容器起什么作用的介绍,相信你对电容器在电路板中的作用有了更好的了解!
  • 点击次数: 1
    2021-05-13
    Qorvo的TGL2209是一种高功率、宽带GaAs VPIN限制器,能够保护敏感的接收通道元件免受高功率入射信号的影响。该TGL2209不需要直流偏置,并实现了一个小尺寸的低插入损耗。这些特性允许简单的集成,对系统性能的影响最小。TGL2209的工作频率为8.0-12GHz,插入损耗小于0.5dB。它可以限制高达50w的入射脉冲功率,低平坦泄漏小于18.5dbm。TGL2209以模具形式提供。它非常适合商业和国防相关应用。无铅,符合RoHS标准。可根据要求提供评估板。如果您对该产品刚兴趣,可以及时联系兆亿微波在线客服。
  • 点击次数: 2
    2021-05-13
    STTH9012TV-1200 这种二极管的高质量设计已经产生了一种具有低泄漏电流,规则可再现特性和固有耐用性的器件。这些特性使其非常适合需要长期可靠性的重型应用。这些苛刻的应用包括工业电源,电机控制以及需要整流和续流的类似任务关键型系统。这些二极管还适合辅助功能,例如缓冲,自举和消磁应用。低漏电流和热失控保护带的改进性能是该器件的直接竞争优势。所有功能绝缘包装: 电气绝缘= 2500 V RMS电容= 45 pF \ t超快,软恢复高频和/或高脉冲电流操作极低的传导和开关损耗结温高高反向电压能力
  • 点击次数: 2
    2021-05-13
    凭借OptiMOS™5 25V和30V产品系列,英飞凌通过在待机和完全运行状态下实现最高的功率密度和能效,提供了基准解决方案。功能概要同类最佳的通态电阻基准开关性能(优劣最低的数字- [R上×Q个克和- [R上×Q个GD)凭借OptiMOS™5 25V和30V产品系列,英飞凌通过在待机和完全运行状态下实现最高的功率密度和能效,提供了基准解决方案。符合RoHS标准且不含卤素优化的EMI行为(集成阻尼网络)好处最高效率采用S3O8或Power Block封装的最高功率密度降低整体系统成本以高开关频率运行潜在的应用桌面 和  服务器单相和多相POL笔记本电脑中的CPU / GPU VR高功率密度稳压器-电子保险丝
  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

  • 010-62975458
6

二维码管理

返回顶部
展开