数据收集是对温度、压力、湿度、应变以及各种其他物理现象进行的极点多样化的综合性丈量。此外，这些丈量或许需求在恶劣条件下进行，例如极点温度、离心力和电子噪声环境。体系规划人员不光有必要要用心肠为他们的运用挑选正确的传感器，还有必要努力地规划出适宜的信号调度电路来处理这些问题。本文将首要评论应变计运用中所需的信号调度电路，特别是或许会影响对要与应变计一同运用的一个或多个扩大器进行挑选的参数。
应变计简介
在评论扩大器和信号调度电路之前，有必要快速介绍一下应变计。望文生义，“应变”便是由于外力效果所发生的改动。应变计运用电阻来表明由外力引起的应变巨细。应变计有多种不同的类型，最常见的便是金属应变计。这种类型的应变计由一根金属丝或一小片金属箔组成。在遭到外力时，应变计会发生形变（正向或反向），然后导致应变计的电阻也随之改变。电阻的这种改变是可以丈量的，然后反映出所施加外力的巨细。
那么，实际上应怎么丈量应变呢？由于惠斯通电桥电路的灵敏度极佳，所以一般可在其间放置一个或多个应变计。用于应变计运用的惠斯通电桥由依照菱形形式安置的四个元件组成，每个桥臂都有一个电阻元件（应变计或固定电阻）。然后向该电桥施加一个鼓励电压，并丈量菱形两个相对端点之间的输出电压。四分之一桥电仅包含一个可变电阻元件—应变计。半桥则有两个可变电阻元件，而全桥中的一切四个元件均为可变电阻元件—在此例中，为应变计。具有多个应变计的优点便是增加了灵敏度。在一切其他装备相同的情况下，半桥装备的灵敏度是四分之一电桥的两倍，而全桥的灵敏度是四分之一电桥的四倍。
信号调度
即便在惠斯通电桥装备中运用了多个应变计，输出电压的全体改变依然相对较小，一般在毫伏规模内。由于信号起伏较小，所以在经过模数转换器（ADC）将电压转换成数字信号之前，一般需求一个增益级。或许还有必要滤除模仿输入信号中的特定噪声源。噪声源的一些示例包含电源线嘈杂声（50 Hz或60 Hz）、机械共振或外部电子干扰。最终，任何信号调度电路都不得向体系中增加大噪声，不然来自惠斯通电桥的较小输出电压就会丢掉。总归，信号调度电路有必要有满足高的增益，能供给恰当的滤波并具有较低的噪声。
失调电压和开环增益
依据桥式应变计的输出摆幅和ADC的满量程输入，模仿信号或许需求扩大500倍或更高倍数。此外，该电路有必要供给满足的裕量，这样信号就不会使扩大器或ADC饱满。在挑选增益级扩大器时有必要考虑以下几个方面。
首要，由于需求较高的增益，因而扩大器的失调电压变得非常重要。由扩大器发生的失调电压将与增益相乘。例如，一个失调电压为1mV而增益装备为500倍的扩大器会在扩大器的输出端发生0.5V的差错电压。关于一个在满量程时发生10mV输出电压的应变计桥，扩大器的这一失调差错可导致呈现10%的丈量差错。因而，需求一个低失调的精细扩大器，例如MCP606。
第二，在仍能坚持功用的一同，扩大器有必要具有满足大的开环增益以供给所需的扩大倍数。典型扩大器的开环增益在某一频率规模内是稳定的，然后以每十倍频20dB的速度开端下降。大部分通用扩大器的开环增益规模为100dB至120dB。这类扩大器可处理上述的为500倍的增益，可是或许会约束体系的全体功用。
例如，假定扩大器的开环增益为120dB，并且带宽满足大，答应扩大器在增益为500倍所对应的频率下正常作业。500倍的增益大约相当于54 dB，所以扩大器的54dB开环增益用于供给增益。剩下的66dB为开环增益裕度，用于保证线性度，如图1所示。
这意味着扩大器是线性的，斜率大约为1/2000，或大约11位。要防止这种约束，体系规划人员可挑选具有更大开环增益的扩大器。虽然有这种扩大器，可是它们的运用规模不广，并且性价比较低。另一种解决方案是运用多个增益级以取得所需的总增益，例如传统的两级或三级扩大器外表拓扑。或许更好的解决方案是运用外表扩大器，这种扩大器是专为供给高增益和杰出的功用而规划的，一般情况下，比较分立式外表扩大器电路，具有更好的电压失谐和漂移功用。
扩大器噪声
在评价与应变计一同运用的扩大器时有必要考虑的另一个重要参数为扩大器噪声。需求要点指出的是，扩大器的电压噪声与输入有关，所以电路中的任何增益或衰减也会影响扩大器噪声。并且，要记住扩大器的噪声在频率规模内或许不是稳定的，特别是在低频时，1/f的噪声或许成为首要的噪声源。由于输入信号近似于直流信号，所以此低频噪声在应变计运用中起首要效果。
输入偏置电流
输入偏置电流是信号调度运用中第三个重要的扩大器参数。偏置电流是流向扩大器输入端的电流，用于偏置输入晶体管。此电流的起伏从pA级到μA级不等，首要取决于扩大器输入电路的架构。在将高阻抗传感器连接到扩大器输入端时，此参数变得极点重要。由于在偏置电流流经此高阻抗时，阻抗两头会有压降，然后发生电压差错。关于这些运用，需求一个低偏置电流。
应变计的标称电阻值规模为几百欧姆到一千欧姆。流经桥式传感器的电流与扩大器的偏置电流比较较大。除非在扩大器前面增加一个供给滤波或ESD维护的电路引入了新的阻抗，不然一般情况下，偏置电流不会起到很大的效果。
定论
应变计广泛运用于各种运用中，从电子秤到丈量钢梁上的扭矩包罗万象。每个运用都有自己的规划要求和难度。在挑选供给信号调度功用的扩大器时，有必要保证该扩大器可以供给所需的增益且坚持线性度在可接受规模内。噪声也是一个重要参数，有必要检测所需频带内的噪声。最终，扩大器的输入偏置电流也会影响体系功用，关于高阻抗输入更是如此。
