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1、光纤压力传感器的电源及值号调理电路 毕训报 淮海工学映电子工粗系 连云洛市 2 2 加仍 t . 口 忿 本 文 介 门 一 种 先 奸 压 力 伯 . 翻的 电 二 月 及 . 号 侧 劝 . . 的 砚 针方 抽 翻 . . 二 旅 曰 。 共.门: 特 先妞 .压 艘大 一、引官 本系 统研制的高 箱度高 祖光纤压力 传感.， 为一 光吸 润翻型的非 功能 性传感 忍， 利用 跳片 受 压 的 交 形 佣 侧 光 信 号 来 翻 通 压力 。 我 们 选 排 小 型 . 先 白 识 灯( 2 . 5 V , 3 0 0 m A ) 作 为 光 派， 因而 光娜电 压的 称定对提高 浦盆箱
2、 度非 常盆 妥。 且传侣今.出 的 徽电 浦信号 很小， 须 有徽电 流 放大毖 加以 特换放大。 精确角 设计 放大 拐， 可以 有效 地放大有用值号， 消 陈干扰， 本文通过具体电路介绍设计方 法。 二 、 往 压电 产 1 .先，粗压电 路 - 选 择 的 白 炽 灯 倾 定 电 压 为2 . 5 Y ， 我 们 狠 据 光 的 亮 度 及 先 纤 诵 侧 放 大 的 实 段 结 果 和 灯 泡 的 寿*考虑， 选择称压 沮电 压为1 . 8 Y ， 作为 光口电 压。 灯 泡 给，考光纤束和发送光 纤束握 供一定亮度的光 强， 因 此光娜电 压必须德定可命， 才不 致给洲t带来 误位
3、。 在本系统中， 我们采用多 端可调集成毯压拐W 7 2 3 B ，其电 路如圈1 : 图1 光派称压派电 路 W 7 2 3 8 是 月 于 半 导 体 维 成 抽 压 翻 。 它由 鑫 抽 电 压 、 误 差 放 大 吕 、 训 盛 电 璐 、 保 护 电 璐 及 采 样电 路薄部分 构成. 其 .大 幼入电 压为如V ， 佼用时只孺 在 摘入 端加上电 压， 井 接上箱入 .出电容和调盛电 压所禽的电阻、电 位拐即可形成一可调的租压电 江。 元件今盈选取 一 2 1 8一 ( 1 ) R , R z 值 圈1 中的4 , 5 端的电压为W 7 2 3 H 内 部基准电压源， 约7 V ,
4、 基准电压通过电 位计R : 和凡 分压后，提供给租压器的同相轴入， 调节电 位计R , 改变基准电压的分压比，以 达到所需的 输出 。 取R : 的 限 值为2 K , 选R : 为6 . 8 K 电 位 器， 通 过润 试得 到 所 需 的 物出 后， 瓦 被 停值 的电 阻代替。实 脸中R ， 为5 . 6 K , ( 2 )复合管的选择 在图1 中2 端接取样电 路， 凡 为2 K , 3 端与4 端通过电阻连接起来。 实际应用中考虑负 载过大，出 现电 流过载等情况，一般加愉出电 流扩展环节，圈1 中T 1 和T 2 复合管就是用 来扩展电 流，电 路中 取T 1 为高 频小 功率管
5、3 D C 1 2 , T 2 为 低频大功 率管3 D D 1 5 . T 1 的fl 值为 2 0 - r 4 0 , T 2 的B 值为4 0 - - 6 0 . 在实际使用毯压电 派时， 往往出 现电 滋 过峨， 为泥 免拍 坏片 子内的调整管及其它元件， 因此必须加过载保护， 在输出 端与1 0 端之间接一电阻R z ， 一般 取 _0 .5 K : 二 了 了 一CM 其中I 。 为被限电流值，应比正常负载电 流大2 0 % - 4 0 %( 白 炽灯顺定电 流为3 0 0 m A ) 故 、 = 器 x 14 0 % 二 1.1812 凡用住钥丝制而成。 ( 3 ) C : 为倾
6、率补偿电 容， 抑制自 派振荡，取C = O . 0 1 ” F C 7 为输出 泌波电 容，作用是使物出电压纹波系数小，取C s = 4 7 0 0 u F . 在室 温2 7 C， 每5 分 钟记录一次 稳压源 输出， 数 据如 下: 空 如 v )ft 带负级 ( 接放大器、传感器) 空载 ( m v ) 带负峨 ( 接放大器、传感份) 1 8 0 3 . 81 8 0 1 . 21 8 0 1 11 8 0 1 . 8 1 8 0 3 . 61 8 0 1 . 01 8 0 3 . 31 8 0 1 . 7 1 8 0 3 . 61 8 0 1 . 91 8 0 3 . 21 8 0
7、1 . 8 1 8 0 3 . 41 9 0 1 . 91 8 0 3 . 21 8 0 1 . 8 1 8 0 3 . 51 8 0 1 . 81 8 0 3 . 11 8 0 1 . 6 1 8 0 3 . 21 8 0 1 . 51 8 0 3 . 2 1 8 0 1 . 8 1 8 0 3 . 31 8 0 1 . 61 8 0 3 . 21 8 0 1 . 7 带上负载， 测试输出电 流为0 . 2 9 8 0 A ，符合要求。从测A的效据看出，电汀的称定性很好， 2 1 9一 达到毫伏级稳定，连续工作l 小时， 输出电 压变化不大于l m v , 2 ,嫩电 流放大电路稳压电源 放
8、大电路需用到士1 5 V 的橡压电流，为此我们设计由 集成稳压器7 8 1 5 , 7 9 1 5 构成的稳 压电派，电路如图2 所示。采用中心抽头的变压器，其次级电压为1 7 V , 整流输出为 U ; = r2- U = 1 .4 1 4 、 1 7 x 2 4 V c +I S VI 2 2 0 V ( -1 S V) 图2 放大电 路德压源电 路图 考虑 到集成德 压器内 部电 路，决定了 输出电 流与 输入电 流相 差不大 ， 取 U . , = 2 4 V L,=(). 助 喊= - 2 4 V I . = 0 . 5 A C C , 的选择原则 _ _ T 胜, 仁 =x一 “2
9、 R 二 丝= 4 8 5 2 一0.5 则C 5 1 1 = 一 x -x 一 2 4 8 5 0=1 0 4 1 . 4 口 所以C q选取为1 5 0 0 v F / 3 5 V 整流二极管的选择 图中流过二极管的电流为 二 二一x5 0 0 = 2 5 0 mA : 极管承受的最大反向电压 U ,. = 2%/2U2= 2 万x 1 7 = 4 8 .1 V 2 2 0一 故选取整流二极管2 C Z 8 3 C ( V . F 1 0 O V , 1 , = O . 3 A ) 兰、 放大电 路 光纤传感器有两路光 信号:一路是与压力有关的信号光，另一路是与压力无关的参考 光。这两路信
10、号分别由硅光电池转换成与之相应的徽电流信号。由于光电流很小，必须有 徽电流放大器加以转换放大，如图3 所示。 图3放大电 路 对徽电 流放大器来说， 第一级运放要求很高。由于变换电 路的物入电流很小， 为保证I - U 交换精度， 其电 路必须具 有足 够高 的 箱入阻 扰， 在电 路中 我们采 用A D - O P 0 7 运放。 A D 一 。 P 0 7 运放采用超p 工艺和齐纳微调技术，因 此其有偏里电 流小、 失调电 流小、失铆电压 小、 漂移小、 开环电阻大等优点， 符合I - U 转换电路要求。 C l , C 3 的作用是相位超前 枝正， 抵 消了 分布电 容 所引 起的 相位
11、滞后。 但适当 减小C 1 , C 3 ， 可提高 放大 器的翔 率晌 应。两 路 信号 输出 到由A 3 , A 4 构 成的同 相并 联差 动运放。由 于差 动输入 信号 和共模翰入信号从两只 运放的同 相输入，所以 差动愉入电阻和共模抽入电阻都很大，改变了 一般差动运放抽入电 阻小的 特点 ，同 时电 路的平衡 对称结 构， 使两 只 放大 器的共 模增益失 调及其镶移 所产生的 误差相互抵消。 在差分放大器电路中， 共模信号都是以1 比1 大小传输到输出端。为了消除翰出信号 中的共模信号， 在同相差动运放后再接一级差动运放， 这样不但创断了 共棋信号的传遨， 而且组合后的电 路具有输入
12、阻抗高、 增益调节方便、漂移能 相互补偿、输出 信号中不含共 模信号等优点。 在实际制作安装中， 考虑到光电 流很小，必须保证派电 流小， 措施是: 印剧电路布局 合理， 使辘入端在正电滚或负电 派保护之中，同时 幼入端采用屏蔽 线等等。 四、结论 用这种光纤压力传感器对航空发动机姗烧室、压缩机气缸等动态压力的侧t, 证明传 感器的电 源电路、 放大电 路稳定可靠， 是较为 实用的电路。 参考文献 1 李清泉，黄昌宁. 集成运算放大界原理与应用.北京:科学出版社，1 9 8 0 2 吴志鹤等，高at纤压力传感器.数据采集与( (; 3g, 1 9 9 0 , ( 1 ) : 7 2 -7 3 3 徐明 才，姜英山，光电 侧沙仪的 研究一 浸入式探头 水利水运科李研究，1 9 8 6 ( 2 ) : 6 6 - 7 4 作者简介:毕训很，男，讲师，主要从事浏控技术 及仪吕与伙表的教学和科研工 作. 一 2 2 1一
