作者：穆蔚然¹, 靳鸿¹, 唐波^2,3, 韩庆⁴

作者单位：1. 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051;
2. 北京航天自动控制研究所, 北京 100854;
3. 宇航智能控制技术国防科技重点实验室, 北京 100854;
4. 中国北方车辆研究所, 北京 100072

关键词：发动机支撑结构;应变测试;微小信号获取;测试电路;仪表放大器

摘要：

通过测量发动机支撑结构应变信号分析车辆实际行驶过程中发动机的受力情况。特种车辆动力舱内部具有环境温度高、噪声来源复杂等特点，影响测试电路对微小信号的萃取。为解决发动机支撑结构小信号不易获取、测量不准确等问题，该文设计一种以仪表放大器为核心的测试电路，可以对微伏级的微小电压信号采集放大。电路采用差分放大，隔离放大等设计具有抑制共模干扰、抑制温漂、稳定性好和抗干扰性强等特点。模拟台架实验结果显示测试系统可以有效获取微小应变信号，信号质量较好。

Design of weak signal measurement circuit for engine fulcrum bearing structure

MU Weiran¹, JIN Hong¹, TANG Bo^2,3, HAN Qing⁴

1. National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China;
2. Beijing Aerospace Automatic Control Research Institute, Beijing 100854, China;
3. National Key Laboratory of Science and Technology on Aerospace Intelligency Control, Beijing 100854, China;
4. China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China

Abstract: The stress condition of engine during running of a vehicle can be analyzed by measuring the strain signals of engine fulcrum bearing structure. The engine cabin of a special vehicle has characteristics including high ambient temperature and complex noise sources, which affect the extraction of weak signal by the test circuit. In order to solve the problems that the weak signal of engine fulcrum bearing structure cannot be easily obtained and measured accurately, the paper designs a test circuit cored with instrumentation amplifier to acquire and amplify the weak microvolt signal. The circuit is designed with a differential amplifier and an isolation amplifier, which have the characteristics of suppressing common mode interference, restraining temperature drift, good stability and strong anti-interference. The simulation results show that the test system can obtain the weak strain signal effectively and the signal quality is good.

Keywords: engine fulcrum bearing structure;strain measurement;weak signal acquisition;test circuit;instrumentation amplifier

2018, 44(4): 118-122  收稿日期: 2017-05-03;收到修改稿日期: 2017-07-09

基金项目: 中北大学重点实验室开放研究基金（ZDSYSJ2015002）

作者简介: 穆蔚然(1991-),男,山西吕梁市人,硕士研究生,专业方向为动态测试与智能仪器。

参考文献

[1] 范锦彪. 存储测试技术在坦克装甲车辆中的测试研究[D].太原:华北工学院,2001.
[2] 雷华明. 集散式测试系统研究[D].太原:华北工学院,2001.
[3] 侯俊钦,吴小培,杨一军. 微伏信号放大系统设计[J]. 计算机技术与发展,2007,17(10):198-201.
[4] 甄国涌,储俊. 一种小信号放大测量电路的设计[J]. 电测与仪表,2015,52(4):96-100.
[5] 高歌,李名尧,恽明,等. 螺旋压力机压力信号测量和显示系统硬件设计与实现[J]. 上海工程技术大学学报,2012, 26(3):193-196.
[6] W.O·亨利. 电子系统噪声抑制技术[M]. 北京:人民铁道出版社,1997:209-239.
[7] 陈淑芳. 一种高精度数据采集系统模拟信号调理电路的设计[J]. 长沙铁道学院学报(社会科学版),2008,9(1):215-217.
[8] 霍新明,靳鸿,李祖博. 无线与存储融合的传动轴扭矩测试系统设计[J]. 传感技术学报,2016,29(10):1625-1630.
[9] 殷铸灵,许良军. 小信号放大电路的噪声分析[J]. 机电元件,2011(6):18-21.
[10] 叶迎西. 瞬态热载荷下电阻应变片热输出的有限元仿真研究[D]. 沈阳:沈阳航空航天大学,2014.
[11] 党瑞荣,张宏伟,宋楠,等. 高温高压井下压力传感器的补偿与校正[J]. 仪器仪表学报,2016,37(4):737-743.
[12] 桂静宜. 二阶有源低通滤波电路的设计与分析[J]. 电子科技,2010,23(10):15-21.
[13] 聂典,丁伟. Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M]. 北京:电子工业出版社,2009:116-126.