基于惠斯通电桥的桥梁检测电路

◎殷万君

基于惠斯通电桥的桥梁检测电路

◎殷万君

惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器，平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻，通过电阻的变化可以测得其他一些物理量，在桥梁检测中该电桥应用较为广泛。

随着社会经济和科学技术的快速发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展。与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构型式不断变化。传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。

惠斯通电桥应用广泛，用该电桥结合相关电路检测桥梁形变信息，并将信息通网关上传至采集服务软件，进而判断桥梁是否过载，同时可根据需要开启桥梁控制车辆的通行道闸。

当外部在悬臂梁上产生力矩时，此应变全桥失去平衡而输出差额电压，即传感器输出电压。同时，为了保证传感器在一定温度波动范围内正确稳定地输出信号，其内置了一套温度补偿网络，从而使传感器输出的电压信号只与压力成线形正比。

电路原理如图1所示。图1中，JGAGE1和JGAGE2是用于检测形变的应变片，一般采用敏感材料，是一种贴在塑料薄膜（15-16μm）上的薄金属箔的敏感栅（3-6μm）。当应变片贴在被测定物上后，随着被测定物伸缩，由于伸缩发生形变，由电阻公式知，金属箔的电阻会随之变化。通过惠斯通电桥测量由电阻引起的电压或是电流的变化，通过该变化就可知道桥梁对应的形变。图1中，JGAGE1、JGAGE2、R1、R2、R3、R4、Rp、R5、R6等构成惠斯通电桥，R7、U2A构成电流-电压变换器，经过变换输出的电压送入U2C和U2D构成的双幅比较器进行比较，输出DSIGN1和DSIGN2，然后利用CC2530采集两个端口的电平状态，进而判断是否发生形变。

惠斯通电路运行时，应先校准，具体操作步骤如下：1）接通电源；2）在未受力的状态下，通过调节电位器，使电桥平衡。当电桥达到平衡状态时，指示LED会显示相应状态，具体如表1所示。

将电桥输出端与信号采集端CC2530的连接，如表2所示CC2530信号采集端口与桥梁形变关系。

（作者单位：四川信息职业技术学院）