通过以上设置,我们可以在为外接负载电桥提供精密程控恒压源的同时,避免了从应变仪本身电源引入得噪声。因为通常应变仪使用外部220V交流电源,再在应变仪内部经过交直流变换得到直流电压源(如+12V),但是这样做通常会在应变仪的电源之中留下很强的工频噪声。对于测试微小应变的电桥来说,显然这些噪声是不可接受的。而本设计的好处就在于,我们既通过DAC产生的电压外接负载电桥提供了高精度的恒压基准,又由仪器本身的电源通过场效应管提供驱动电流,在大幅提高应变仪带负载能力的同时,有效地将噪声减之最小。
5.2恒流源驱动电路
同样如图4所示,当继电器的COM端和OFF端相接触时。此时外接负载电桥的2端通过继电器连接的一个400Ω的精密电阻接地,与此同时2端还与基准电压电路输出的精确电压值V-COM通过继电器相连。同时电桥的1端仍然和场效应管的S端连在一起。我们仍然设V-COM=8 V,则此时场效应管的VGS=4V而VDS》0V,所以场效应管处于打开状态。而流过负载电桥的电流,由基尔霍夫定律可知:从负载电桥的1端流入电桥的电流,I1等于从其2端经精密电阻流人大地的电流I2。而此时I2的大小是可以通过电压基准电路输出的的精密电压值V-COM与精密电阻R2控制的。同时和恒压源一样应变仪自身的+12V电源和场效应管只是提供负载电桥的电流,但不能决定其大小。所以我们同样实现了在为外接负载提供精密低误差的恒流源的同时,有效隔离了仪器本身电源引入的噪声。
6、结束语
通过对DAC,场效应管和继电器的有效组合,组成了满足应变测试要求的精密,低误差,低噪声的程控恒压/恒流源。通过DAC为负载电桥生成精密的基准电压或电流值,但是通过仪器本身的电源提供负载的驱动电流。这样既解决了一般的桥源驱动能力不强的问题,又有效的隔离了应变仪电源本身所带的噪声。同时我们通过FPGA对继电器的控制,灵活地在恒压源和恒流源之间进行了选择切换,使其在同一时刻只有一种激励源在使用之中,有效的降低了电路的功耗。总之,相比于其他用于应变仪的桥源,本设计体积更小,功耗更低,配置灵活同时也达到了测量要求。本设计已经成功应用于实际的应变仪之中,通过实际试验与使用,其达到了设计标准。