廉价压力检测电路非线性的分析

　　一、研究背景

　　近年来，压力检测的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍。比如工业类电子产品、医疗电子产品、汽车电子等领域都能发现压力检测的踪迹。

　　压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，它是由各种压力敏感元件组成。压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传 感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等。其中，电阻应变片压力传感器以其结构简单、体积小、性能稳定等特点而 著称。它由弹性元件和电阻应变片构成，当弹性元件受到外力时，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应变化。

　　应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，是一种将被测件上的应变变化转换成 为一种电信号的敏感器件。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的放大器进行放大，再传输给处理电路(通 常是 A/D 转换和 CPU)显示。其阻值随压力所产生的应变而变化。从而实现压力的检测。

　　随着电子产品低成本的设计趋势，压力检测电路也正面临着成本和精度的考验。在保证检测电路精度的同时如何有效降低设计成本，是每位设计者永恒的追求。本文将针对廉价压力检测电路，从精度测量角度出发，对可能产生非线性的部分进行分析和理论推导。

　　二、廉价压力检测电路简介

　　(一)电路原理框图

　　(二)电路工作原理

　　压力传感器采用惠斯顿电桥传感器，该传感器具有低迟滞、高可靠度、高稳定性，具有温度补偿，低成本等特点。用于采集外部压力信号并将其转换成电信号。传感器激励采用恒流激励方式，以消除桥臂阻值的温度特性影响。

　　由于传感器输出的信号通常存在信号比较小及非线性等问题,因此它的信号通常不能被控制元件直接识别,所以信号放大及处理电路就成为数据采集系统 中不可缺少的一部分,并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。信号放大电路采用一种变型方式的差分放大器(见图 1)，该电路具有高输 入 阻 抗 、 单 电 阻 调 增 益 的 特 点 。 需 要 6 个 匹 配 电 阻R8,R9,R10,R11,R12,R13。

　　信号处理电路是将放大电路输出的模拟信号与基准信号进行比较，并进行电平匹配后送入 MCU 运算单元。MCU 采用一款 LCD驱动型单片机，具有性能稳定、抗干扰能力强、低功耗、价格低廉等优点。MCU 经过运算处理，最终将采集的压力信号显示在 LCD中。