在海綿密度測(cè)試儀中，高精度稱重傳感器輸出的信號(hào)往往微弱且易受干擾，低噪聲放大電路作為信號(hào)處理的核心環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定重量測(cè)量的精度，進(jìn)而影響密度計(jì)算的可靠性。該電路的設(shè)計(jì)需圍繞“信號(hào)保真放大、噪聲抑制、穩(wěn)定輸出” 三大核心目標(biāo)，適配海綿密度測(cè)試中對(duì)細(xì)微重量變化的檢測(cè)需求。?

一、設(shè)計(jì)核心需求與適配原則?

海綿密度測(cè)試中，稱重傳感器需捕捉海綿在空氣中、液體中（或氣體環(huán)境中）的重量差異，這種差異可能因海綿材質(zhì)輕薄、多孔結(jié)構(gòu)等特性而十分微小。因此，放大電路需具備高增益特性，能將傳感器輸出的微弱電信號(hào)（毫伏級(jí)甚至微伏級(jí)）放大至可被后續(xù)數(shù)據(jù)采集模塊識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；同時(shí)，必須最大限度抑制噪聲，避免噪聲信號(hào)掩蓋真實(shí)的重量信號(hào)，導(dǎo)致密度計(jì)算誤差。此外，電路需具備長(zhǎng)期穩(wěn)定性，避免因溫度變化、電源波動(dòng)等因素導(dǎo)致增益漂移，確保不同批次、不同時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)具有一致性。?

二、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)與模塊架構(gòu)?

前端信號(hào)調(diào)理模塊?

前端是噪聲引入的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需采用低噪聲運(yùn)算放大器作為核心器件，其選型需重點(diǎn)關(guān)注輸入噪聲電壓、輸入偏置電流等參數(shù)，從源頭降低器件本身產(chǎn)生的噪聲。同時(shí)，該模塊需集成濾波電路，通過(guò)合理設(shè)計(jì) RC 濾波網(wǎng)絡(luò)或有源濾波電路，濾除傳感器信號(hào)中混雜的高頻干擾噪聲（如電磁輻射產(chǎn)生的噪聲）和低頻漂移信號(hào)（如溫度變化導(dǎo)致的基線漂移）。此外，為匹配傳感器的差分輸出特性，前端需采用差分放大結(jié)構(gòu)，既能有效放大差分信號(hào)，又能抑制共模噪聲（如接地干擾、電源共模噪聲）。?

增益調(diào)節(jié)模塊?

考慮到海綿樣品重量差異較大（從微小樣品到較大規(guī)格樣品），電路需設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)增益結(jié)構(gòu)，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電位器等方式實(shí)現(xiàn)增益的精準(zhǔn)調(diào)控，確保不同重量范圍的海綿樣品均能獲得合適的信號(hào)放大倍數(shù)，避免信號(hào)飽和或放大不足。增益調(diào)節(jié)需具備線性特性，確保放大倍數(shù)與輸出信號(hào)呈穩(wěn)定比例關(guān)系，不引入非線性失真。?

電源與接地設(shè)計(jì)?

電源噪聲是影響電路性能的重要因素，需采用高精度穩(wěn)壓電源為放大電路供電，并在電源輸入端增加濾波電容、磁珠等元件，抑制電源引入的紋波噪聲。接地系統(tǒng)需采用“單點(diǎn)接地” 或 “分區(qū)接地” 策略，將模擬信號(hào)地、數(shù)字信號(hào)地、電源地分開(kāi)設(shè)置，避免不同接地回路的噪聲相互耦合，尤其要確保前端信號(hào)調(diào)理模塊的接地回路獨(dú)立且阻抗極低，減少接地噪聲干擾。?

三、噪聲抑制與抗干擾措施?

除器件選型和電路架構(gòu)設(shè)計(jì)外，還需通過(guò)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)強(qiáng)化噪聲抑制能力。一方面，在 PCB 布局上，需將放大電路與電源模塊、數(shù)字控制模塊等噪聲源保持合理距離，避免電磁耦合干擾；關(guān)鍵信號(hào)線采用屏蔽線布線，或在 PCB 上設(shè)置屏蔽層，隔絕外部電磁輻射（如設(shè)備內(nèi)部電機(jī)、外部電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾）。另一方面，可引入反饋校準(zhǔn)機(jī)制，通過(guò)在電路中集成基準(zhǔn)電壓源，定期對(duì)放大電路的增益和零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，抵消因溫度漂移、器件老化等導(dǎo)致的性能偏差，確保長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。?

四、與測(cè)試系統(tǒng)的協(xié)同適配?

放大電路的輸出端需與測(cè)試儀的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理單元無(wú)縫銜接，其輸出信號(hào)格式（如電壓范圍、線性度）需匹配 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入要求，避免信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生量化誤差。同時(shí)，電路需具備良好的溫度適應(yīng)性，通過(guò)溫度補(bǔ)償電路（如熱敏電阻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)）抵消環(huán)境溫度變化對(duì)放大器性能的影響，確保在海綿密度測(cè)試常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或生產(chǎn)車間環(huán)境中均能穩(wěn)定工作。?

高精度稱重傳感器低噪聲放大電路的設(shè)計(jì)是海綿密度測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)的核心技術(shù)支撐。通過(guò)前端低噪聲調(diào)理、合理增益調(diào)控、系統(tǒng)級(jí)抗干擾設(shè)計(jì)，該電路能有效放大傳感器的微弱信號(hào)，抑制各類噪聲干擾，為后續(xù)密度計(jì)算提供穩(wěn)定、可靠的重量信號(hào)基礎(chǔ)，最終保障海綿密度測(cè)試的精度與重復(fù)性。?

審核編輯 黃宇