一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及天平式微力矩校準儀【技術領域】，具體公開了一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路。該放大電路中高隔離度電路輸入端與天平微力矩校準儀的位移信號和力信號相連，并輸出位移跟隨信號和力跟隨信號，實現天平微力矩校準儀產生的位移信號和力信號與天平微力矩校準儀機械結構的高度隔離；高閉環回路增益電路對天平微力矩校準儀的橫梁偏轉進行閉環控制，使其快速進入穩定裝置，并穩定在角度較小的偏轉位置。該放大電路中高隔離度電路能夠有效提高測量電路的驅動能力和抗干擾能力，降低位移信號和力信號的損失，同時通過高閉環回路增益電路可確保橫梁在偏轉過程中一直處于理想的偏轉角度內，有效提高天平微力矩校準儀測量的線性度。
【專利說明】一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于天平式微力矩校準儀【技術領域】，具體涉及一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路。
【背景技術】
[0002]天平微力矩校準儀采用刀子刀承支承等臂杠桿，在杠桿兩端設置力矩器，由力矩器的輸出(力)與等臂杠桿臂長(矩)的乘積給出校準力矩值。
[0003]根據杠桿式天平的基本原理，力矩器的輸出(力)與力矩器磁鋼的磁感應強度、力矩器線圈長度以及通過線圈的電流相關。平衡狀態下，力矩器的輸出保持不變，線圈長度保持不變，通過線圈的電流與力矩器磁鋼的磁感應強度相關。
[0004]工作時，力矩器的輸出(力)用通過力矩器線圈的電流值來表征，實驗中發現，外力口激勵的力與通過力矩器線圈的電流值存在較大的非線性關系。分析后認為:在不同的外加激勵情況下，杠桿發生偏轉，導致力矩器在力矩器磁鋼中的位置發生改變，其所處位置的磁感應強度相應發生改變，引起外加激勵的力與通過力矩器線圈的電流值之間的非線性。
[0005]為使外加激勵的力與通過力矩器線圈的電流值保持線性關系，可行的方法有兩條:一是提高磁鋼中的磁感應強度的均勻性；二是降低杠桿受力后的旋轉角度。提高磁鋼中磁感應強度的均勻性難度較大，本發明擬通過降低杠桿受力后的旋轉角度來提高天平微力矩校準儀測量線性度。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于本發明的目的在于提供一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，可以通過降低杠桿受力后的旋轉角度來提高天平微力矩校準儀在整個測量范圍內的線性度。
[0007]本發明的技術方案如下:一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，該放大電路包括高隔離度電路和高閉環回路增益電路，其中，高隔離度電路輸入端與天平微力矩校準儀的位移信號和力信號相連，并輸出位移跟隨信號和力跟隨信號，實現天平微力矩校準儀產生的位移信號和力信號與天平微力矩校準儀機械結構的高度隔離；高閉環回路增益電路對天平微力矩校準儀的橫梁偏轉進行閉環控制，使其快速進入穩定裝置，并穩定在角度較小的偏轉位置。
[0008]所述的高隔離度電路包括運算放大器A和運算放大器B，其中，運算放大器A的同相輸入端通過電阻Rl接收輸入的位移信號，運算放大器A的反相輸入端直接通過導線與運算放大器A的輸出端連接，并在輸出端輸出位移跟隨信號；運算放大器B的同相輸入端通過電阻R2接收輸入的力信號，運算放大器B的反相輸入端直接通過導線與運算放大器B的輸出端連接，并在輸出端輸出力跟隨信號。
[0009]所述的高閉環回路增益電路包括運算放大器C和運算放大器D，其中，運算放大器C的同相輸入端通過電阻R7與地相連，反相輸入端通過并聯的電容C19和電阻R8與運算放大器C的輸出端相連，且運算放大器C的輸出端通過電阻R9與運算放大器D的同相輸入端相連，并在電阻R9與運算放大器D的同相輸入端之間的線路上通過電容C24與地相連；運算放大器D的反相輸出端通過導線直接與運算放大器D的輸出端相連。
[0010]所述的高隔離度電路中運算放大器A正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器A的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容Cl、C2和電容C3、C4 ;運算放大器B正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器B的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C5、C6和電容C7、C8。
[0011 ] 所述的電容Cl和電容C3為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C2和電容C4的電容值相等為0.1yF ;與運算放大器A輸入端相連的電阻Rl的電阻值為IK Ω ;所述的電容C5和電容C7為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C6和電容C8的電容值相等為0.1 μ F ;與運算放大器A輸入端相連的電阻R2的電阻值為IK Ω。
[0012]所述的運算放大器C正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器C的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C20、C21和電容C22、C23 ;所述的運算放大器D正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器D的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C25、C26 和電容 C27、C28。
[0013]所述的電容C20和電容C22為電解電容，電容值相等為IOyF ;電容C21和電容C23的電容值相等為0.1 μ F ;所述的電容C25和電容C27為電解電容，電容值相等為IOyF;電容C26和電容C28的電容值相等為0.1 μ F。
[0014]所述的運算放大器C輸入端相連的電阻R7的電阻值為3.3ΚΩ ;運算放大器C反相輸入端與輸出端之間的電容C19為0.1 μ F，電阻R8為可調阻值的電阻；運算放大器C輸出端與運算放大器D之間的電阻R9的阻值為IOK Ω，電容C24的電容值為0.47 μ F。
[0015]所述的高隔離度電路中的運算放大器A和運算放大器B為具有高阻抗的運放AD602。
[0016]所述的電阻R8的電阻典型值為IM Ω。
[0017]本發明的顯著效果在于:本發明所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路中高隔離度電路能夠有效提高測量電路的驅動能力和抗干擾能力，降低位移信號和力信號的損失，同時通過高閉環回路增益電路可確保橫梁在偏轉過程中一直處于理想的偏轉角度內，有效提高天平微力矩校準儀測量的線性度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路中高隔離度電路示意圖；
[0019]圖2為本發明所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路中高閉環回路增益電路不意圖；
[0020]圖中:1、運算放大器A ;2、運算放大器B ;3、運算放大器C ;4、運算放大器D。
【具體實施方式】[0021]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0022]一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，包括高隔離度電路和高閉環回路增益電路，其中，高隔離度電路輸入端與天平微力矩校準儀的位移信號和力信號相連，并輸出位移跟隨信號和力跟隨信號，實現天平微力矩校準儀產生的位移信號和力信號與天平微力矩校準儀機械結構的高度隔離；高閉環回路增益電路對天平微力矩校準儀的橫梁偏轉進行閉環控制，使其快速進入穩定裝置，并穩定在角度較小的偏轉位置；如圖1所示，高隔離度電路包括運算放大器Al和運算放大器A2，其中，運算放大器Al的同相輸入端通過電阻Rl接收輸入的位移信號，運算放大器Al的反相輸入端直接通過導線與運算放大器Al的輸出端連接，并在輸出端輸出位移跟隨信號；運算放大器Al正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器Al的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C1、C2和電容C3、C4 ;其中，電容Cl和電容C3為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C2和電容C4的電容值相等為0.1 μ F ;與運算放大器Al輸入端相連的電阻Rl的電阻值為IK Ω ;高隔離度電路中的運算放大器Β2的同相輸入端通過電阻R2接收輸入的力信號，運算放大器Β2的反相輸入端直接通過導線與運算放大器Β2的輸出端連接，并在輸出端輸出力跟隨信號；運算放大器Β2正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器Β2的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C5、C6和電容C7、C8，其中，電容C5和電容C7為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C6和電容C8的電容值相等為0.1yF ;與運算放大器Al輸入端相連的電阻R2的電阻值為1ΚΩ ;高隔離度電路中的運算放大器Al和運算放大器Β2為具有高阻抗的運放AD602。
[0023]如圖2所示，高閉環回路增益電路包括運算放大器C3和運算放大器D4，其中，運算放大器C3的同相輸入端通過電阻R7與地相連，反相輸入端通過并聯的電容C19和電阻R8與運算放大器C3的輸出端相連，且運算放大器C3的輸出端通過電阻R9與運算放大器D4的同相輸入端相連，并在電阻R9與運算放大器D4的同相輸入端之間的線路上通過電容C24與地相連；運算放大器C3正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器C3的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C20、C21和電容C22、C23，其中，電容C20和電容C22為電解電容，電容值相等為IOyF;電容C21和電容C23的電容值相等為0.1yF ;與運算放大器C3輸入端相連的電阻R7的電阻值為3.3ΚΩ ；運算放大器C3反相輸入端與輸出端之間的電容C19為0.1 μ F，電阻R8為可調阻值的電阻，其電阻值典型值為IM Ω ;運算放大器C3輸出端與運算放大器D4之間的電阻R9的阻值為IOK Ω，電容C24的電容值為0.47 μ F ;運算放大器D4的反相輸出端通過導線直接與運算放大器D4的輸出端相連，運算放大器D4正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器D4的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C25、C26和電容C27、C28，其中，電容C25和電容C27為電解電容，電容值相等為IOyF;電容C26和電容C28的電容值相等為0.1 μ F。高閉環回路增益電路中，通過調節R8的阻值，可以調節天平微力矩校準儀橫梁的最大偏轉角度，確保橫梁在偏轉過程中一直處于理想的偏轉角度內，能夠有效提高天平微力矩校準測量的線性度。
【權利要求】
1. 一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:該放大電路包括高隔離度電路和高閉環回路增益電路，其中，高隔離度電路輸入端與天平微力矩校準儀的位移信號和力信號相連，并輸出位移跟隨信號和力跟隨信號，實現天平微力矩校準儀產生的位移信號和力信號與天平微力矩校準儀機械結構的高度隔離；高閉環回路增益電路對天平微力矩校準儀的橫梁偏轉進行閉環控制，使其快速進入穩定裝置，并穩定在角度較小的偏轉位置。
2.根據權利要求1所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的高隔離度電路包括運算放大器A (I)和運算放大器B (2)，其中，運算放大器A(O的同相輸入端通過電阻Rl接收輸入的位移信號，運算放大器A (I)的反相輸入端直接通過導線與運算放大器A (I)的輸出端連接，并在輸出端輸出位移跟隨信號；運算放大器B(2)的同相輸入端通過電阻R2接收輸入的力信號，運算放大器B (2)的反相輸入端直接通過導線與運算放大器B (2)的輸出端連接，并在輸出端輸出力跟隨信號。
3.根據權利要求1所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的高閉環回路增益電路包括運算放大器C (3)和運算放大器D (4)，其中，運算放大器C (3)的同相輸入端通過電阻R7與地相連，反相輸入端通過并聯的電容C19和電阻R8與運算放大器C (3)的輸出端相連，且運算放大器C (3)的輸出端通過電阻R9與運算放大器D (4)的同相輸入端相連，并在電阻R9與運算放大器D (4)的同相輸入端之間的線路上通過電容C24與地相連；運算放大器D (4)的反相輸出端通過導線直接與運算放大器D (4)的輸出端相連。
4.根據權利要求2所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的高隔離度電路中運算放大器A (I)正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器A (I)的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容Cl、C2和電容C3、C4 ;運算放大器B (2)正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器B (2)的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C5、C6和電容C7、C8。
5.根據權利要求4所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的電容Cl和電容C3為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C2和電容C4的電容值相等為0.1yF;與運算放大器A (I)輸入端相連的電阻Rl的電阻值為1ΚΩ ;所述的電容C5和電容C7為電解電容，電容值相等為10 μ F ;電容C6和電容C8的電容值相等為0.1yF;與運算放大器A (I)輸入端相連的電阻R2的電阻值為1ΚΩ。
6.根據權利要求3所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的運算放大器C (3)正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器C (3)的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C20、C21和電容C22、C23 ;所述的運算放大器D (4)正電源端口接有+15V電壓，負電源端口接有-15V電壓，并在運算放大器D (4)的正電源端口與地之間，以及負電源端口與地之間，分別并聯有電容C25、C26和電容C27、C28。
7.根據權利要求6所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的電容C20和電容C22為電解電容，電容值相等為IOyF ;電容C21和電容C23的電容值相等為0.1 μ F ;所述的電容C25和電容C27為電解電容，電容值相等為IOyF^容C26和電容C28的電容值相等為0.1 μ F。
8.根據權利要求6所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的運算放大器C (3)輸入端相連的電阻R7的電阻值為3.3ΚΩ ;運算放大器C(3)反相輸入端與輸出端之間的電容C19為0.1 μ F，電阻R8為可調阻值的電阻；運算放大器C (3)輸出端與運算放大器D (4)之間的電阻R9的阻值為10ΚΩ，電容C24的電容值為0.47 μ F。
9.根據權利要求2或4或5所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的高隔離度電路中的運算放大器A (I)和運算放大器B (2)為具有高阻抗的運放AD602。
10.根據權利要求8所述的一種提高天平微力矩校準儀測量線性度的放大電路，其特征在于:所述的電阻R8的電阻典型值為IM Ω。
【文檔編號】G01L25/00GK203465058SQ201320452046
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】姜祝, 王小三, 金俊成, 馬建紅 申請人:北京航天計量測試技術研究所, 中國運載火箭技術研究院