驅動應變橋傳感器的信號調理I

應變片傳感器具有可靠、可重復和精確的特點，廣泛用于制造、過程控制和科研領域。應變片傳感器把應變轉換為壓力傳感器、重量測量、力和轉矩測量及材料分析所用的電信號。應變片只不過是一個電阻器，其值隨粘貼材料的應變而變化。

通用的應變片具有寬范圍零應變電阻。傳感器材料和工藝是造成其寬范圍特點的原因，但幾個值(如120W和350W)已成為應用中的主導。早期，標準值有助于簡化應變測量，能夠方便地與包含匹配輸入阻抗網絡的基本磁偏轉表結合。

制造應變片所用的材料為有限的幾種合金，所選合金應使傳感器溫度系數和應變材料之間的差別最小。傳感器材料主要是鋼，不銹鋼和鋁。也有用鈹青銅、鑄鐵和鈦。但大多數合金能制造大量低成本、溫度適合的應變片。最通用的是350W康銅應變片。

高可靠性、容易制造的厚膜和薄膜傳感器對汽車應用有較大的吸引力，這種傳感器是在表面淀積絕緣材料的陶瓷或金屬襯底上制造。用蒸發淀積工藝把傳感器材料淀積在絕緣層的頂層。用激光汽化或光掩模和化學蝕刻工藝，把感測傳感器和互連線值入金屬中。有時增加一個保護絕緣層來保護傳感器和互連線。

傳感器材料通常包括一種專用合金，所選的合金能產生所希望的傳感器阻抗、阻抗隨應力的變化關系以及傳感器和基層金屬間最好的溫度系數匹配。已開發出3KW~30KW標定傳感器和橋阻抗，已用于制造壓力和力傳感器。

惠斯登橋通常用于片、薄膜或厚膜基應變片傳感器中。惠斯登橋把傳感器應變所引起的阻抗變化變換為差分電壓(見圖1)。當激勵電壓加到+Exc和-Exc端時，與應變成比例的差分電壓呈現在+Vout和-Vout端。

在有源惠斯登半橋電路(圖2)中，只有2個元件是響應于材料應變的傳感元件。這種配置的輸出信號(一般在滿載荷時為1mV/V)是有源全橋的一半。

另一種有源全橋電路(圖3)用4