基于惠斯通電橋的橋梁檢測電路

◎殷萬君

基于惠斯通電橋的橋梁檢測電路

◎殷萬君

惠斯通電橋是一種可以精確測量電阻的儀器，平衡時，四個臂的阻值滿足一個簡單的關系，利用這一關系就可測量電阻，通過電阻的變化可以測得其他一些物理量，在橋梁檢測中該電橋應用較為廣泛。

隨著社會經濟和科學技術的快速發展，造橋技術不斷進步，橋梁結構逐步向輕巧、纖細方面發展。與此同時橋梁的載重、跨徑和橋面寬度不斷增長，結構型式不斷變化。傳統的變形監測手段越來越不能滿足變形監測要求，這就迫切需要性能更可靠的設備來監測大橋的形變。

惠斯通電橋應用廣泛，用該電橋結合相關電路檢測橋梁形變信息，并將信息通網關上傳至采集服務軟件，進而判斷橋梁是否過載，同時可根據需要開啟橋梁控制車輛的通行道閘。

當外部在懸臂梁上產生力矩時，此應變全橋失去平衡而輸出差額電壓，即傳感器輸出電壓。同時，為了保證傳感器在一定溫度波動范圍內正確穩定地輸出信號，其內置了一套溫度補償網絡，從而使傳感器輸出的電壓信號只與壓力成線形正比。

電路原理如圖1所示。圖1中，JGAGE1和JGAGE2是用于檢測形變的應變片，一般采用敏感材料，是一種貼在塑料薄膜（15-16μm）上的薄金屬箔的敏感柵（3-6μm）。當應變片貼在被測定物上后，隨著被測定物伸縮，由于伸縮發生形變，由電阻公式知，金屬箔的電阻會隨之變化。通過惠斯通電橋測量由電阻引起的電壓或是電流的變化，通過該變化就可知道橋梁對應的形變。圖1中，JGAGE1、JGAGE2、R1、R2、R3、R4、Rp、R5、R6等構成惠斯通電橋，R7、U2A構成電流-電壓變換器，經過變換輸出的電壓送入U2C和U2D構成的雙幅比較器進行比較，輸出DSIGN1和DSIGN2，然后利用CC2530采集兩個端口的電平狀態，進而判斷是否發生形變。

惠斯通電路運行時，應先校準，具體操作步驟如下：1）接通電源；2）在未受力的狀態下，通過調節電位器，使電橋平衡。當電橋達到平衡狀態時，指示LED會顯示相應狀態，具體如表1所示。

將電橋輸出端與信號采集端CC2530的連接，如表2所示CC2530信號采集端口與橋梁形變關系。

（作者單位：四川信息職業技術學院）