Sensor de puente de Wheatstone de Cascade para aumentar la sensibilidad

No, al menos no de una manera razonable que pueda imaginar.

La salida de un puente W es una tensión diferencial (entre dos puntos). Para leer este voltaje, necesita un instrumento de medición que tenga dos entradas que sean independientes de la tierra (y la potencia).

Podrías agregar un segundo puente en W y poner las dos salidas en serie, pero ese segundo W-brdige necesitaría una fuente de alimentación que esté aislada de la primera. Esto hace que sea una idea costosa.

Obtendría el doble del valor de medición, o la suma de dos valores de medición. Para obtener el doble del valor, calcular la tensión de alimentación puede ser una mejor idea dentro de los límites). Para sumar dos sensores independientes, puede combinar los dos sensores en un puente, o simplemente usar dos pares de entradas diferenciales de un convertidor AD y diferir la combinación al firmware.

Sí, puedes aumentar la sensibilidad en el caso límite (pero probablemente no tan útil como esperas), así que aquí va:

En última instancia, la sensibilidad está limitada por la relación señal / ruido.

El límite de ruido final se establece mediante el ruido térmico y, a 20 ° C, es una potencia fija (-174dBm / Hz)

La tensión de la señal se fija mediante la tensión del puente * ganancia de puente. La potencia de la señal se establece mediante V ^ 2 / R.

Entonces, si haces dos puentes paralelos (ambos bajo tensión), el voltaje de la señal permanece constante, R = 1/2, y Power = 2x.

Entonces, la SNR mejora en 2x o 3dB.

Y la sensibilidad mejora en sqrt (2).

(Por supuesto, solo puede utilizar un elemento de puente de resistencia inferior)

Ahora, para que esto sea útil, su sensibilidad debe estar limitada por el ruido térmico.

Para circuitos de puente, está más a menudo limitado por la deriva térmica, la histéresis y los procesos mecánicos que producen efectos análogos a 1 / f y 1 / f ^ 2 de ruido electrónico.

Una razón para esto es que los puentes a menudo se usan en aplicaciones de muy bajo ancho de banda. Si pesa un camión, el ancho de banda es inferior a 1 Hz, por lo que el ruido térmico es muy pequeño.

Ahora esto cambiaría si intentara usar su puente a una velocidad muy alta. por ejemplo, como un micrófono ultrasónico. Si el ancho de banda de la señal es grande, y > 10kHz, entonces el ruido eléctrico térmico puede convertirse en el factor limitante, y la reducción del puente R ayudaría.

Como dije, el ruido mecánico puede ser el límite, no el ruido eléctrico. En este caso, dos sensores separados pueden obtener ruido mecánico no correlacionado, (pero una señal correlacionada), y en este caso también mejorará la sensibilidad.

Además, aunque normalmente elegiría usar un puente de resistencia inferior para mejorar la sensibilidad, esto tiene un límite térmico ya que la disipación de potencia del puente aumenta a medida que baja R. En algún momento, tiene que detenerse y luego usar varios los puentes separados se convierten en su única opción para reducir aún más R.

Los amplificadores de puente de CA que usan transformadores de micrófono te permitirían seguir mejorando la SNR a menos de 1 ohmio de resistencia, ¡una mejora de 1000x desde un puente de 1k!

También se da cuenta de que puede combinar señales después de los amplificadores. Esto reducirá igualmente el ruido, pero también reducirá el ruido del amplificador. (También abre opciones para que la formación de haz mejore aún más la SNR cuando las señales o las interferencias provienen de una dirección particular, incluso en áreas no obvias como la detección de temperatura)

Para obtener el doble del voltaje diferencial, necesita 3 amplificadores diferenciales para obtener una salida de un solo extremo. Dado que comparten un voltaje común no se pueden agregar.

Una mejor manera es usar un amplificador diferencial o INA con la ganancia que necesita y elegir la polaridad de entrada para obtener una salida no inversa.

Si se esperan presiones y voltajes bipolares, es posible compensar un solo suministro.

Hay muchas maneras de hacer esto en puentes energizados de CA. Aquí hay uno (note que todos los transformadores son un solo transformador con múltiples secundarios) que usan un transformador en el lado de excitación. (que normalmente se prefiere), pero puede tenerlos en el lado de la señal si lo prefiere (útil para puentes de muy baja resistencia)

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Y tampoco es tan difícil de hacer en la forma de DC.

^{simular este circuito}