29、桥梁电路与信号分析方法详解

桥梁电路与信号分析方法详解

1. 直流电压测量放大器的桥梁电路

在力和压力测量中，常使用带有应变片的桥式连接电路。载波频率测量放大器是信号处理的标准方法，因其具有出色的长期稳定性以及对热电压、电场和磁场的抗干扰能力。不过，DMS测量桥也能在直流电压电路中运行，这样可以构建简单的电路。相关文献中描述的桥梁电路甚至允许在不使用中间载波频率放大器的情况下进行测量，但这需要稳定的低阻抗（120 Ω）电源电压以及所使用的A/D转换器具有良好的分辨率。

德州仪器的ADS1115是一款16位A/D转换器，在输入测量范围为0.256 V时，能实现0.0078 mV的测量分辨率。它具备I2C通信功能，并且可以配置不同的地址。其集成的多路复用器能够将模拟输入切换到四个单端或两个差分通道。

以下是具体的实验设置：
- 将两个应变片粘贴在弯曲梁上进行应变测量，并按照特定电路图连接。通过另外两个电阻（R1，R2）将半桥补充为全桥。
- 测量桥通过A/D转换器的VDD供电，也就是由树莓派的3.3 V电源电压供电。

为了确定电源电压UE，在测量值采集开始时进行一次单电压测量即可。具体是确定A0和A1之间的差分电压。而桥电压（输出电压）UA则通过A2和A3之间的差值测量来确定。这样采集到的测量值随后可以转换为电压值。

对于全桥，有如下公式：
[
\frac{U_A}{U_E} = \frac{k}{4} \cdot (\varepsilon_1 - \varepsilon_2 + \varepsilon_3 - \varepsilon_4)
]
其中，(\varepsilon = \frac{\Delta L}{