0 引言

在复杂的机械系统中，研究其功耗和性能，设计它们的结构以及研究各模块组间的润滑状态，测量各 器件间的摩擦力等重要参数，多年来，一直被人们所重视。由于机械内部运动复杂，环境恶劣，摩擦力相 对很小，给测量带来了很大困难，如何精确地测量出这些数据就显得格外重要。

采用无线收发方式，利用传感器信号通过无线收发电路进行信号传输，可以先存储数据再把存储卡里 面的数据读入到计算机进行分析，为复杂及数据要求精确的系统的数据采集提供了新的方法。另外，在采 集频率较高时，数据量比较大，这对采集系统中处理器处理速度、射频无线传输速度、接口传输速度、A/D 转换速度以及功耗等都有很高的要求，加上机械系统内部尺寸的限制，困难较大。这样一来，数据采集电 路板的设计成为该数据采集系统的关键，我们需要设计专门的数据采集和无线收发装置。

1 测量系统原理

系统由传感器、电源、信号调理电路、信号处理电路和PC 机组成在实际测量时，传感器安装在运动 件上，由于采用引线装置传递信号会限制机械部件的运动，因此可采用无线收发电路传输数据，也可采用 存储方式进行数据采集，即先把数据保存到存储卡，数据采集完之后再拿出存储卡读入到计算机，测量系 统原理如图1 所示。

气压传感器和应变片经过信号调理电路输出0～2.5V 的电压，可通过信号处理电路把模拟信号转化为数字信号再存入存储卡，热电偶经过信号调理电路输出12 位SPI 格式的数字信号，可由单片机直接 把信号存入存储卡。存储卡的容量应能保证采集信号的时间要求（在采集频率为3000Hz 时，选择512M 以 上的存储卡可保证采集时间不少于25 分钟）。而该测量系统中电阻应变片直流电桥测量电路的设计是一 个关键，下面我们将对这一部分进行详细的分析和设计。

2 电阻应变片直流电桥测量电路设计

2.1 应变片调理电路

应变片调理电路由升压芯片（为芯片提供工作电压）、电压基准（稳压）、电桥、滤波、放大等部分 组成，如图2 所示。

测量电路所选用应变片型号350-2AA，应变灵敏系数K=2.18(无量纲正数）,名义电阻350Ω，丝栅尺 寸：2×2mm；考虑到连杆体上空间小的特点，尽可能安装少量的传感器，因此采用直流单臂电桥来实现电 阻到电压的转换。

2.2 直流电桥的灵敏度和功率