Модуль тензометрического цифрового усилителя на несущей частоте ADC УНЧ
Модуль тензометрического цифрового усилителя на несущей частоте ADC УНЧ предназначен для измерения статических и динамических сигналов с использованием как тензорезисторных, так и индуктивных, трансформаторных и других датчиков, требующих питания измерительных мостов переменным напряжением.
Питание измерительных мостов переменным напряжением несущей частоты позволяет избежать погрешностей от влияния термоэдс в соединительных трассах и дрейфа усилителей.
Перенос информационного сигнала в область более высоких частот существенно повышает помехозащищенность измерительного канала. Предусмотрены режимы калибровки и тестирования измерительного канала.
Измерительный канал и схема питания датчика полностью гальванически изолированы от интерфейса по сигнальным цепям и цепям питания.
| Количество измерительных каналов | 1 |
| Основная приведенная погрешность измерения | ± 0,1 % |
| Предел допустимой дополнительной приведенной погрешности от изменения температуры | не более 0,01 % / ºC |
| Диапазоны входного сигнала | ± 5 мВ ± 10 мВ
± 20 мВ |
| Номинальная частота синусоидального сигнала питания датчика | 225 Гц |
| Питание датчиков | 5, 15 В |
| Минимальное сопротивление датчика | 100 Ом |
| Входное сопротивление | 20 МОм |
| Разрядность преобразования | 16 бит |
| Время преобразования | 50 мкс |
| Частоты среза ФНЧ | 1, 2, 5, 10 Гц |
| Потребляемая мощность по питанию 5 В | не более 6 Вт |
| Гальваническая изоляция измерительного канала | 1500 В |
- входной сдвоенный аналоговый мультиплексор MUX (2х4 канала);
- инструментальный усилитель DA1;
- усилитель DA2, управляемый цифровым кодом;
- демодуляторы DM1 и DM2;
- фильтры нижних частот F1, F2;
- аналогово-цифровой преобразователь ADC;
- цепи гальванической изоляции ISO;
- буферные усилители DA3, DA4;
- ключ SW выбора амплитуды генератора 10V/5V;
- интегратор (элементы DA6, R7 и С1);
- трансимпедансный усилитель (DA5, R4);
- усилитель мощности с расщеплением фазы DA7;
- источник опорного напряжения REF;
- генератор D1;
- компаратор D2;
- преобразователи напряжения DC/DC.
Сигнал несущей частоты вырабатывается микросхемой D1 (AD9832), которая представляет собой генератор синусоидального сигнала с программируемой частотой. Рабочая частота должна задаваться из пользовательской программы после включения. Генератор имеет токовый выход. Преобразование токового сигнала в напряжение выполняет трансимпедансный усилитель (элементы R4 и DA5). Фильтр F2 устраняет высокочастотные составляющие спектра, возникающие в микросхеме D1 при синтезе синусоидального сигнала. Усилитель мощности с расщеплением фазы DA7 формирует два парофазных сигнала OUT_BRG+ и OUT_BRG–, которые служат для питания датчика. Для стабилизации амплитуды генератора используется схема автоматической регулировки. В нее входят демодулятор DM2 и интегратор (элементы R7, С1, DA6). Сигнал питания датчика (IN_BRG+, IN_BRG–) проходит через буферный каскад и подвергается синхронному детектированию в демодуляторе DM2. Сравнение выходного сигнала демодулятора с опорным напряжением осуществляется схемой, состоящей из элементов R6, R5, C1, DA6. При разбалансе изменяется напряжение на входе Vref генератора, которое компенсирует отклонение амплитуды питания датчика. Амплитуда напряжения питания датчика может устанавливаться программно на уровне 10 В или 5 В сигналом управления 10V/5V.
Измеряемый сигнал, поступающий на входы IN+, IN–, проходит через мультиплексор MUX, усиливается микросхемой инструментального усилителя DA1 в 100 раз, после чего подвергается синхронному детектированию в демодуляторе DM1. С помощью фильтра нижних частот F1 из сигнала удаляются частотные составляющие помех. Полоса пропускания фильтра F1 (1 Гц, 2 Гц, 4 Гц, 10 Гц) устанавливается цифровым кодом. Усилитель DA2, имеет программируемый коэффициент усиления (G = 1, 2, 4). Усиленный сигнал оцифровывается 16-ти разрядным аналогово-цифровым преобразователем ADC (AD677).
Мультиплексор MUX, осуществляет выбор между измеряемым сигналом, нулевым сигналом и сигналом питания датчика, поделенным резистивным делителем R1, R2, R3 в 2001 раз. Таким образом, переключение мультиплексора позволяет проводить калибровку измерительного канала.
Напряжение опорной частоты CARR формируется компаратором D2. Опорные частоты DEL_CARR1, DEL_CARR2 для управления синхронными детекторами DM1 и DM2 формируются в модуле-носителе из сигнала CARR посредством программируемых задержек (см. далее).
Задержки вводятся для компенсации фазовых сдвигов в кабеле, соединяющем датчик с платой-мезонином. Задержка сигнала DEL_CARR1 должна устанавливаться программой пользователя по максимуму измеряемого сигнала. Задержка сигнала DEL_CARR2 должна устанавливаться по максимуму сигнала питания датчика.
Цепи питания мезонина гальванически изолированы от питания схемы модуля-носителя с помощью DC/DC преобразователей. Все сигналы обмена данными между платой-мезонином и модулем-носителем гальванически изолированы с помощью устройства гальванической изоляции ISO.
Примечание — Схема оптимизирована для работы на частоте 225 Гц. По требованию заказчика может быть выбрана другая несущая частота.