高精度无线应变测量系统硬件设计.pdf

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1、2012年第31卷第l2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87高精度无线应变测量系统硬件设计张仕明，陈伟民，章鹏，刘显明，雷小华(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室。重庆400044)摘要：无线应变测量系统无需考虑布线，装卸快速，受到人们的日益关注。但精度不够高的缺点限制了其广泛应用。提高精度的有效途径是在硬件设计时控制电路中的误差，对电路中的精度影响因素进行了系统分析，推导出电桥电压噪声、运放噪声、量化噪声与系统精度的定量关系，并提出了电路设

2、计中各部分的精度指标。以此为依据，采用高精度恒流稳压电源，简化滤波电路等手段，设计了相应的信号处理、数据采集和无线收发电路，并选用低功耗器件以降低系统功耗。试验结果表明：该系统测量精度为0．245％，总功率最大时为178mW，相关系数为0．998，多次测量重复性好，系统满足设计要求。关键词：应变测量；无线系统；高精度；信号处理；电路噪声中图分类号：TN409；TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)12-0087-04Hardwaredesignofhighprecisionwir

3、elessstrainmeasurementsystemZHANGShi—ming，CHENWei—min，ZHANGPeng，LIUXian-ming，LEIXiao—hua(KeyLaboratoryofOpto-electronicTechnology&Systems，MinistryofEducation，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Wirelessstrainmeasurementsystemhastheadvantage

4、ofeasytoassembleandnoneedtoconsiderwiring，SOitgetsmoreattentionnow．Butthemeasurementprecisionoftheexistingsystemislow，whichlimitsitswideapplication．Controllingthecircuiterrorinhardwaredesignisanefectivewaytoimproveprecision．Theinfluencefactorsonprecisioni

5、ncircuitareanalyzed．Thequantitativerelationshipbetweenbridgevohagenoise，operationalamplifiernoiseandquantizationnoise，andsystemprecisionisdeduced．Theprecisionindexofeachpartincircuitdesignispresented．Onbasisofthis，byapplyinghigh-precisionconstant—currents

6、tabilivohpowersource，simplifyingfilteringcircuitandsomeothermeans．Corespondingsignalprocessing，dataacquisitionandwirelesstransmit-receivingcircuitaredesigned，meanwhile，lowpowerconsumptiondevicesareappliedinthedesign．Experimentalresultsindicatethatthesyste

7、mprecisionis0．245％，themaximumpoweris178mW，thecorelationcoeficientis0．998andtherepeatabilityisgood，thesystemmeetsdesignrequirements．Keywords：strainmeasurement；wirelesssystem；highprecision；signalprocessing；circuitnoise0引言号J。无线节点一般采用电池供电，而现有的信号调理器应变能有效表征结构受力

8、，是结构监测中最重要的参往往功耗较高，不能直接用于无线系统。同时，应变测量只数之一。目前，应变测量多采用现场总线系统，信号通过数有达到一定的精度才有意义，但通常精度越高，电路就越复据总线传输到控制端。有线系统存在以下问题：布置和撤杂性，功耗也越高。因此，制约无线应变系统推广的关键是离电缆工作量大，导致测量周期长、效率低。与有线系如何在功耗受限的情况下保证系统的测量精度。统相比，无线系统无需考虑布线，可大大提高工作效率，所根据查