【文章內(nèi)容簡介】 顯示或在記錄儀中 記錄。測量電路的種類由傳感器的類型而定。壓電加速度傳感器常用的測量電路 是電荷放大器。常用的壓電加速度傳感器的動態(tài)測量系統(tǒng)如圖 : 被測非電量 圖 壓電加速度傳感器動態(tài)測量系統(tǒng) 壓電加速度傳感器可以看作是一個能產(chǎn)生電荷的高內(nèi)阻發(fā)電元件。但是此電 荷量很小，不能用一般的測量電路來進行測量，因為一般的測量電路的輸入阻抗 總是較小的，壓電片上的電荷通過測量電路時會被輸入電阻迅速泄漏引入測量誤 差，影響測量效果。如果壓電加速度傳感器沒有與之配套的測量電路一起配合使 用，那么壓電加速度傳感器的廣泛應用就會受到非常大的限制。因此，壓電加速 度傳感器 測量電路的研究及其硬件實現(xiàn)就顯得非常重要?，F(xiàn)在最常用的壓電加速 度傳感器的測量電路就是電荷放大器，所謂電荷放大器是負反饋放大器的一種， 傳感器 測量電路 指示儀器 記錄儀器 數(shù)據(jù)處理儀器 加速度傳感器 電荷放大器 記錄器 數(shù)據(jù)處理器 校準設備 本科生課程設計（論文） 5 能得到與輸入電荷成比例的電壓輸出。它的特點之一就是使傳感器的靈敏度和電 纜長度無關(guān)，電纜可長達幾千米，而在被測對象附近只有一個小的傳感器。這對 使用者來說非常方便。但是現(xiàn)在的電荷放大器電路都比較復雜，機器價格都比較 高，性價比不是很理想，這些原因都嚴重影響了壓電加速度傳感器的廣泛使用， 所以研制一種性價比較高的、實用的電荷放大器就非常的有必要。 本設計中采用壓電式加 速度傳感器。先通過傳感器將電荷進轉(zhuǎn)換為電壓，在經(jīng)過三運放放大電路，濾波電路得到輸出信號，從而實現(xiàn)加速度上限報警作用。 本科生課程設計（論文） 6 第 3 章 電路設計 總體設計框圖 總體設計如圖 所示 : 圖 壓電 加速度傳感器等效電路 壓電式加速度傳感器屬于慣性式傳感器，工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應為基礎，在加速度計受振時，加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比，可以把被測的非電物理量加速度轉(zhuǎn)化為電量。由于壓電式傳感器的輸出電信號是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來一定困難。為此，通常器信號選用電荷放大器作為電信號的測量電路。 歸一放大電路 電荷轉(zhuǎn)換電路 低通濾波電路 積分電路 模擬電路輸出 過載指示 S1 控制電路 S2 本科生課程設計（論文） 7 Q CsCc CiCRiRs23467U?UiV C CU0R 圖 （壓電式加速度傳感器等效電路圖） 電荷 放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。由壓電式加速度傳感器、電纜、電荷放大器組成。電荷放大器等效電路如圖 所示 : Q CsCc CiRiRs R (1 + K )C (1 + K )U0 圖 （電荷放大器等效電路） 上圖中 C 為反饋電容， K 為運算放大器的放大倍數(shù)， Q 為壓電傳感器產(chǎn)生的總電荷， Ca、 Ra 為傳感器的電容量和絕緣電阻， Cc 為傳輸電纜電容量， Ci、 Ri 為放大器的輸入電容和輸入電阻。它的作用能把傳感器的輸出變量變成易于處理的電壓電流信號。加速度的測量最后就可用電壓信號來顯示，經(jīng)過電路的參數(shù)變換和計算，加速度計輸出電壓信號與被測物理量之間關(guān)系式： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?CKCiCcCsRKRiRsKQU ?????????? 1/1/1/10 (31) 本科生課程設計（論文） 8 因為電荷放大器是高增益放大器，即 K1，則有 RCQRUO ??? 1 (32) 一般情況下（ 1+K） CF C， CQU?0 (33) 又電荷靈敏 度為 aQS? (34) 靈敏度單位是 pc/ms^2 或 pc/g 由上述公式可得到電荷放大器輸出電壓與加速度之間的關(guān)系式為 aCSU?0 (35) （式中電荷靈敏 Sq度一般取小的數(shù)值，反饋電容參數(shù) CF范圍一般 10010000pF）。上式表明加速度 a與輸出電壓信號 U成正 比，與反饋電容 CF成反比，而且受電纜電容的影響很小，這是電荷放大器的一個主要優(yōu)點。由以上分析可以通過壓電式加速度傳感器跟電荷放大器組成測量系統(tǒng)而測得振動的加速度。 圖 所示電路是目前廣泛應用的三運放高共模抑制比放大電路。它由三個集成運算放大器組成，其中 A1， A2 為兩個性能一致的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級， N3 構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制 A1， A2 的共模信號，并適應接地負載的需要。 本科生課程設計（論文） 9 圖 其差模增益0211 R RRK d ??? (36) 3