增压器转速测量中电荷放大电路的设计
涡轮计使线圈中产生变化的感应电势,送入放大整形电路
涡轮计使线圈中产生变化的感应电势，送入放大整形电路前置放大器前置放大器由磁电感应转换器与放大整形电路两部分组成，示意图见图3-4所示。
磁电转换器国内一般采用磁阻式，它由永久磁钢及外部缠绕的感应线圈组成。
当流体通过使讽轮旋转的，叶片在永久磁钢正下方时磁阻最小，两叶片空隙在磁钢下方时磁阻最大，涡轮旅转，不断地改变磁路的磁通量，使线圈中产生变化的感应电势，送入放大整形电路，变成脉冲信号。
输出脉冲的频率与通过流量计的流量成正比，其比例系数K为K＝f/qv式中f--涡轮流量计输出脉冲频率；qv--通过流量计的流量。
该比例系数亦称为涡轮流量计的仪表系数。
信号接收与显示信号接收与显示器内系数校正器、加法器和频电转换器等组成，其作用是将从前置放大器送来的脉冲信号变换成累积流量和瞬时流量并显示。
涡轮涡轮由导磁不锈钢材料制成，装有螺旋状叶片。
叶片数量根据直径变化而不同，2-24片不等。
为了使涡轮对流速有很好的响应，要求质量尽可能小。
对涡轮叶片结构参数的一般要求为：叶片倾角10°-15°(气体)，30°-45°（液体）；叶片重叠度P为1-1．2；叶片与内壳间的间隙为0．5-1mm。
轴承涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承，要求耐磨性能好。
由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力，使铀承的摩擦转矩增大，加速铀承磨损，为了消除轴向力，需在结构上采取水力平衡措施，/这方法的原理见图3-3所示。
由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径Ds，所以，在涡轮段流通截而扩大，流速降低，使流体静压上升ΔP，这个ΔP的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。
一、产品用途传感器与显示仪表配套使用，适用于测量封闭管道中与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉Al2O3、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质的液体。
若与具有特殊功能的显示仪表配套，还可以进行定量控制、超量报警等。
选用本产品的防爆型式(ExmIIT6),可在有爆炸危险的环境中使用。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。
传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。
压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。
经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。
压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。
电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。
传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计
燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计学院（系):年级专业：学号：学生姓名：项昕指导教师：陈颖朱丹丹教师职称：副教授讲师第一章摘要摘要电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。
电荷放大器可配接压电加速度传感器。
其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。
电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。
本文介绍了一种电荷放大器的设计结构及其工作原理,阐述了实验样机的工作模式,给出了实验样机的实验结果。
关键词。
压电传感器；电荷放大器；放大器设计第二章引言引言随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。
非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的振动信号，在实际生活中振动信号的大小经常用加速度来度量，加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。
它能将传感器输出的微弱电荷信号变换成放大了的电压信号，同时又能将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。
压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换（即电荷．电压转换），方可用于后续的放大、处理，因此电荷放大器是加速度测量中必不可少的二次仪表，设计性能良好的电荷放大器具有重要意义第三章 基本原理1、工作原理分析图1 是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路[2 ] .图中Ca 为压电传感器等效电容, Cc 为连接电缆电容, Ci 为放大器的输入电容, Ra 为压电传感器的绝缘漏电阻, Ri 为运算放大器的输入阻抗, Cf 是放大器的反馈电容, Rf 为并联在反馈电容两端的漏电阻.在电荷放大器中采用电容负反馈, 对直流工作点相当于开路,对电缆噪声比较敏感, 故放大器零漂较大而产生误差,为减小零漂,使放大器工作稳定, Rf 选阻值非常高的电阻(约1010 - 1014Ω) ,以提供直流反馈。
实验二电荷灵敏放大器
实验二 电荷灵敏放大器一、 实验目的1、进一步掌握电荷灵敏放大器的电路结构的特点和工作原理。
2、学习电荷灵敏放大器性能指标的测试方法。
3、掌握电荷灵敏放大器的特点和用途。
二、 实验内容1、静态工作点测试；2、上升时间测量；3、电荷灵敏度测量；4、非线性测量；5、噪声特性测量。
三、 实验原理当给半导体探测器加上反偏压后，如果有射线照射，则在探测器的灵敏区内产生电子-空穴对，其数目与射线粒子在灵敏区内损失的能量成正E 比。
这些电子-空穴对被探测器结电容d C 收集，形成电压脉冲，其幅度为：dC QU =， 这里是收集Q 到的电荷量。
图2-1 电荷灵敏放大器原理图由于半导体探测器的结电容随外界d C 温度和外界偏压而改变，使得输出信号的幅度不稳定，给能谱测量带来很大困难。
为解决此问题，需要使用电荷灵敏放大器。
电荷灵敏放大器原理如图2-1所示。
其中是半导d C 体探测器的结电容，r C 是放大器的输入电容和分布电容之和。
f C 为反馈电容。
如将反馈回路的电容等效到输入端，则输入端的总电容为()f r d C A C C 01+++。
当半导体探测器输出电荷Q 时，在放大器输入端形成的信号电压为()fr d sr C A C C QU 01+++=如果满足条件10>>A ，()r d f C C C A +>>+01，则 fsr C A QU 0≈放大器的输出信号幅度为 fsr sc C QU A U -=⋅-=0 由此可见，只要满足上述条件，电荷灵敏放大器的输出信号幅度就仅与探测器输出的电荷Q 成正比，而与探测器的结电容和d C 放大器的输入电容无关r C 。
输入单位电荷所产生的输出电压值为fsc C U 1-= fC 1-称为电荷灵敏度。
压电式加速度传感器电荷放大电路仿真传递函数求解.docx
1、运行程序，得到仿真结果2、命令窗口输入:idento♦ Import DataData Format for SignalsTime・Domain Signals s/Data Information Data name: Startng tune: Sampletime:Workspace VariableInput:Output:• System Identification • Untitled fileQptiors SD(W) HelpImport datamydataData ViewsOperations□Time plot□Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU Viewer Model outputModel residsTrashmydataVakdation DataThe character a not a vabd hotkeyNonknear ARXHamm-Wiener:Transient reapFrequency respZeros and polesNose spectrum• Time Plot: u1->y1File Qptions Style £han nel Experiment Help4 Transfer Functions_ □X Model name: tf1 /n> I/O Delay►E stimation Options0.2Input and output signalsTime| Help | Estimate Closefile Qptiors SD(W) HelpImport datamydataData ViewsOperationsModel Viewsg Time plot□ Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU Viewer □Model output□Model residsTrashmydata]Transient resp Nonknear ARX□Frequency resp Hamm-Wiener□Zeros and poles□Nose spectrumVakdation Data----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 - • System Identification •Untitled—□x Eile Qptiors SDfW)HelpThe character a not a vabd hotkeyImport dataOperationsj Preprocesstst<nate—、mydataData ViewsmydataWorking DataImport modelsg Time plot□Data spectra□Frequency functionTo ToWorkspace L71 V»ww □Model output□Model residsModel ViewsTrashmydataValdation DataThe character B not a vabd hotkey□Transient resp□Frequency resp Hamm-Wiener□Zeros and poles□Nooe spectrumNoninear ARX@ Model Output y1 —□ XFile Options Style Channel Experiment HelpMeasured and simulated model outputBest Filstf1： 55.71lf4: 16.19佗-3.884tf3: -14.12tf5: -33.540 12 3ninifile Qptiors SD(W) HelpImport dataJmydatamydataWorking Datag Time plot□ Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU ViewerfflTrashZ7^| imydalnVakdation DataClick on data/model icons to plot/unplot curves|"~1 No«e spectrum02025OperationsEstonate一、Data Views<—Preprocessimport models可可尸mModel vewsNonInear ARXHamm-Wiener0 Model output□ Model resd$[""I Transent resp□ Frequencyresp ]Zeros and poles。
功率放大电路工作原理
功率放大电路工作原理功率放大电路是指能够将输入信号的功率放大的电路。
在现代电子设备中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，帮助读者更好地理解其工作原理。
首先，功率放大电路的基本结构包括输入端、输出端和放大器。
输入端接收输入信号，经过放大器放大后，输出到输出端。
放大器是功率放大电路的核心部件，它能够将输入信号的功率放大到一定的水平，以满足实际应用的需求。
在功率放大电路中，放大器通常采用晶体管、场效应管等器件。
这些器件能够根据输入信号的变化，控制电流或电压的变化，从而实现对输入信号的放大。
在放大器中，通常还会加入负载电阻、耦合电容等元件，以提高放大器的稳定性和线性度。
功率放大电路的工作原理可以通过以下步骤来解释，首先，输入信号经过输入端进入放大器，放大器根据输入信号的变化，控制输出端的电流或电压变化；其次，输出端的信号经过负载电阻等元件，最终输出到外部电路。
在这个过程中，放大器起到了将输入信号功率放大的作用。
在实际应用中，功率放大电路通常需要满足一定的性能要求，比如输出功率、频率响应、失真度等。
为了实现这些性能要求，设计功率放大电路需要考虑放大器的工作点、负载匹配、反馈电路等因素。
通过合理的设计，可以使功率放大电路达到较好的性能指标。
除了单级功率放大电路外，还有级联放大、并联放大等多种功率放大电路结构。
这些结构能够根据实际应用的需求，灵活地组合使用，以满足不同的功率放大要求。
总的来说，功率放大电路是现代电子设备中不可或缺的部分，它能够将输入信号的功率放大到一定水平，满足实际应用的需求。
通过合理的设计和优化，可以使功率放大电路达到较好的性能指标，为各种电子设备的正常工作提供保障。
综上所述，功率放大电路的工作原理是基于放大器对输入信号功率的放大，通过合理的设计和优化，能够实现对输入信号的有效放大，满足实际应用的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解功率放大电路的工作原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
第9课 压电传感器.电荷放大器
第9课
压电式传感器
冯志华
中国科学技术大学 精密机械系 2012.10
压电效应
Q kF
(Q d 33 F )
Q U C
r 0 A C
压电传感器可以看作是电荷发生器，同时它又是一个电容器。
①② 压电效应
压电效应的原理
+ T T
+ +
T T T
+
+
+ T T
-
+ + +
石英 (压电体)
+24 VDC
可用2--10mA 恒流管
ICP 内部的放大器并没有说是电压还是电荷。 Coaxial cable (同轴电缆);coupling capacitor(耦合电容)
15
100
频率响应曲线
谐振峰 可用区间
输 出 电 压 V
10 1 0.1
频率/Hz 压电式加速度计的典型频率响应曲线。特点：直流响应为0， 然后有一平坦区间，接着有一谐振峰，然后快速下降。 第一个区间是由于压电材料的漏电组引起的；第三个区间是 由于传感器机械结构的共振引起的。
- - - - - + PA + + + + F= + + + + - - -- - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
Force Sensor
Pressure Sensor
Accelerometer
力传感器
压力传感器
加速度传感器
注意: 力’和‘压力’传感器两者叫法的区别
电荷放大器 概念 工作原理
电荷放大器电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。
1.电荷放大器可配接压电加速度传感器。
其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。
电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。
电荷放大器Ca 配接传感器自身电容一般为数千pF，1/2 RaCa决定传感器低频下限。
Cc 传感器输出低噪声电缆电容。
一般采用的导线值为100－300pF/米。
Ci 运算放大器A1输入电容典型值3pF 。
2.电荷变换级A1，采用高输入阻抗、低噪声、低漂移宽带精密运算放大器。
反馈电容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四档。
根据米勒定理，反馈电容折合到输入端的有效电容量是C =（1+K）Cf1。
其中K为A1开环增益典型值为120dB，即106倍。
Cf1取100pF最小时C约为108pF。
假设传感器输入低噪声电缆长度为1000米，则Cc为95000pF。
假设传感器Ca 为5000pF，则CaCcCiC并联后CaCcCi总电容约为105pF，三者总电容与C 相比105pF/108pF = 1/1000。
换句话说5000pF自身电容的传感器输出电缆1000米，折合到反馈电容也只影响Cf1 0.1%的精度，而电荷变换级的输出电压为传感器输出电荷Q / 反馈电容Cf1，因此也只影响输出电压0.1%的精度。
电荷变换级的输出电压为Q / Cf1，所以当反馈电容分别为101pF、102pF103pF、104pF时,其输出分别为10mV/pC、1mV/pC。
0.1mV/pC。
0.01mV/pC。
3.低通滤波器以A3为核心组成二阶巴特沃斯有源滤波器，元件少，调节方便，通带平坦，可有效地消除高频干扰信号对有用信号的影响。
4.高通滤波器二阶无源高通滤波器可有效地抑制低频干扰信号对有用信号的影响。
5.末级功放以A4为核心组成增益，输出短路保护精度高。
一种基于电机转速测量的滤波放大电路[实用新型专利]
![一种基于电机转速测量的滤波放大电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/deafbcc23169a4517623a3df.png)
专利名称：一种基于电机转速测量的滤波放大电路专利类型：实用新型专利
发明人：张阳,周迪,王黎琰,张辉
申请号：CN201920861937.6
申请日：20190610
公开号：CN210041775U
公开日：
20200207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于电机转速测量的滤波放大电路，包括相互连接的积分变换电路和次级滤波电路；积分变换电路包括滤波器和反相放大器U1D，次级滤波电路包括二阶带阻滤波器和反相放大器U2A，感应线圈输出的电压信号经过初级滤波后存在转子电流频率信号、工频信号还有各自的谐波分量，通过积分变换电路，将信号从方波变为三角波，削弱了信号中的高次谐波，极大地保留其1次分量，之后为了更加彻底的滤除其中的工频信号，使用压控电压源型二阶带阻滤波器，针对于50Hz和60Hz的工频信号，进行进一步的有针对性的滤波，此种滤波器具有对有源器件特性理想程度要求低、结构简单、调整方便等特点，并且双T网络具有对称平衡式结构。
申请人：合肥工业大学
地址：230000 安徽省合肥市屯溪路193号
国籍：CN
代理机构：合肥中博知信知识产权代理有限公司
代理人：徐俊杰
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压电式传感器电荷放大器工作原理
压电式传感器电荷放大器工作原理下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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如何使用电路实现功率放大
如何使用电路实现功率放大在现代电子技术中，功率放大是电路设计中的重要一环。
它能够将输入信号的功率放大到更高的水平，以满足不同应用需求。
本文将介绍如何使用电路实现功率放大，并探讨其中的一些关键要点。
功率放大的概念功率放大是指通过增加输入信号的功率，将信号放大到更大的输出功率。
在电子技术中，功率放大一般通过使用放大器来实现。
放大器是一种特殊电路，能够增加信号的幅度，从而增加信号的功率。
常见的放大器类型在电路设计中，有许多不同类型的放大器可用于功率放大。
以下是几种常见的放大器类型：1. BJT 放大器：BJT（双极型晶体管）放大器是一种常见的放大器。
它基于晶体管的放大特性来实现信号的功率放大。
BJT 放大器通常用于高频和音频功率放大应用。
2. MOSFET 放大器：MOSFET 放大器是另一种常见的放大器类型。
它基于金属氧化物半导体场效应晶体管的放大原理来实现功率放大。
MOSFET 放大器通常用于广泛的应用，如音频放大、功率放大和射频放大。
3. 运算放大器：运算放大器是一种差分放大器，可用于放大信号。
它通常用于低频和直流放大应用，如仪器放大器、功率放大器、过程控制等。
设计步骤要设计一个功率放大器电路，通常需要经过以下步骤：1. 确定需求：首先，确定所需放大的信号类型（如音频、射频等）、输出功率级别、负载要求等。
2. 选取合适的放大器类型：根据需求，选择合适的放大器类型。
例如，对于音频功率放大，可以选择 MOSFET 放大器。
3. 选取合适的元件：根据放大器类型，选取合适的元件，如晶体管、电容器、电阻等。
确保这些元件能够承受所需的功率和工作条件。
4. 连接电路：按照电路图连接所选元件。
确保连接正确，并注意功率地的布局和距离。
同时，需要保证电路稳定性和信号质量。
5. 进行仿真和调试：使用电路仿真软件对设计的放大器进行仿真。
通过调试和优化来确保电路性能达到要求。
工程实例以下是一个简单的工程实例，展示如何使用电路实现功率放大：假设我们需要设计一个音频功率放大器，将输入的音频信号从毫瓦级别放大到几瓦级别，以驱动扬声器。
电荷泵升压电路及其工作方法解析-设计应用
电荷泵升压电路及其工作方法解析-设计应用电荷泵的工作过程为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，获得所需的输出电压。
开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。
电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。
因工作在较高频率，可使用小型陶瓷电容器（1μF），其占用空间，使用成本较低。
电荷泵转换器不使用电感器，因此其辐射EMI 可以忽略。
输入端噪声可用一只小型电容器滤除。
电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备。
1、电荷泵电路工作原理分析与设计电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”（Flying）或“泵送”电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）。
它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。
其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数（0.5，2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。
这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。
由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰）。
电荷泵通过控制泵电容及调节开关来保持稳定的输出电压，电荷泵开关网络在泵电容充电和放电变换周期内可以实现泵电容的并行或串行排列。
在给定的输入、输出条件（差分电压）下，应选择电荷泵的工作模式以保持要求的输出电压。
电荷泵开关网络采用的MOSFET器件具有尺寸小，成本低，开关速度快，损耗等特点。
2、电荷泵电路研究与设计2.1、比较升压电路由于本设计采用Vcom是恒定电压、M2管栅极接脉冲信号驱动电路工作，因此要求激励信号要以中心电位为基准，交替的输出低电平和高电平信号来实现探头的周期性过饱和工作状态，本设计以0V 作为地电位，5V作为高电位，因此选用比较器电路进行升压。
其电路如图1所示，脉冲信号接入比较器一端，另一端接入2.5V 直流电平进行比较。
压电式加速度传感器放大电路设计
Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告课程名称: 电子技术课程设计 设计题目: 加速度传感器放大电路设计专业班级: 。
学生姓名: 。
学生学号: 。
指导教师: 。
教师职称: 。
起止日期: 2019.1.7-2019.1.17学生邮箱:。
西南科技大学信息工程学院制2019年01月西南科技大学《电子技术课程设计》任务书学生日志与师生见面情况西南科技大学信息工程学院《电子技术课程设计》综合评价表说明：（1）评分说明：优：90-100；良：80-89；中：70-79；及格：60-69；不及格：<60。
（2）优秀率：控制在总人数的15-20%之内，并且宁缺毋滥。
（3）课程教学目标根据大纲需求进行调整。
加速度传感器放大电路设计摘要：现代工业和自动化生产过程中，设备的冲击和振动信号通常采用压电加速度传感器来获取，然后需经电荷放大器对传感器输出的电荷信号进行电荷—电压转换，方可用于后续的方大、处理，因此电荷放大器是必不可少的二次仪表。
本设计采用LM358P芯片对压电式加速度传感器的输出信号进行放大，通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。
通过设计，掌握了电路设计的基本方法与技能，达到了课程设计的目的。
关键词：放大电路加速度传感器LM358P第1章设计任务分析与设计方案选择传感器是人们生活中常见的电子器件，而加速度传感器更是运用在生活的方方面面，本设计作为加速度传感器的放大电路，主要功能是将加速度传感器输入的脉冲信号进行放大后输出。
方案设计将简单介绍部分原件以及加速度传感器的选择运用。
综合比较多种加速度传感器，综合运用所学知识设计电路，完成设计要求。
1.1设计任务分析本设计为压电式加速度传感器放大电路设计，其核心在于收集采样信号和信号放大两个方面。
信号的输入需要选择合适的传感器，信号放大也需要相应的电荷放大器。
一种新型电荷放大器的设计方法与电路
源 ,其输出电流 i ( t) ,在其电荷收集时间较短时可 以看作是一种持续时间极短的电流冲击脉冲 , 如 果在 t～t +Δτ时间内收集的总电荷量为 Q , 则单 个电流冲击脉冲可以由 (2) 式表示
i ( t)
=
lim
Δτ→0
Q
Δτ
(2)
式中 , Q 为传感器输出端收集到的总电荷 , 它与被
测量成正比 。在实际实验测量当中 , 电流 i ( t) 在
积分电路模拟开关控制电路 ,分别由积分控 制开关控制电路和电荷泄放开关控制电路组成 。 其时序逻辑如图 6 所示 :
图 5 积分电路原理图
这是一个采用运算放大器构成的积分电路 , 其输出电压为 :
∫ V 0 = -
1 C
Iin d t
(4)
在积分电路的输入端接入一个模拟开关作为
电流积分控制开关 ,在积分电容 C 上并接一个模 拟开关作为电荷泄放开关 。
收稿日期 :2006210210
作者简介 :李 勇 (1975 - ) ,男 ,安徽淮南人 ,合肥工业大学博士生.
' 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
Abstract :A novel charge amplifier is designed and it s circuit is described. The circuit mainly co nsist s of a current2current co nverter , an integral circuit , an analo g switch circuit ,and a steady current so urce circuit . The general p urpo se integrated circuit s , t he operatio nal amplifier ,and t he analog switch are a2 dopted to co nst ruct t he charge amplifier circuit . The circuit is characterized by it s high speed of co n2 versio n , wide range of inp ut (abo ut 400 p C) and simple circuit co nfiguratio n. The int roduced met ho d and circuit shows a simple and low2co st way to design and develop multi2channel charge amplifier s. The charge amplifier circuit can be widely used in sensing devices. Key words :charge amplifier ; current2current co nverter ; integral circuit
六、电荷放大器与电压放大器
实验六电荷放大器与电压放大器
加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。
电荷放大器能将传感器输出的微弱电荷信号变换成放大了的电压信号，同时又能将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。
压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换（即电荷—电压转换），方可用于后续的放大、处理，因此电荷放大器是加速度测量中必不可少的。
下图为电荷放大器的仿真原理图。
下图为电荷放大器仿真的波形图。
用运放构成同相放大器可以实现电压放大。
下图为电压放大器仿真的原理图。
下图为电压放大器的波形图。
实验五 功率放大电路的设计及分析
实验五功率放大电路的设计及分析一、实验目的1、进一步理解OTL功率放大电路的工作原理；2、学会OTL电路的调试及主要性能指标的测试方法。
二、实验原理图5.1所示为OTL低频功率放大电路。
其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。
由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于功率输出级。
T1管工作于甲类状态，它的集电极电流I C1由电位器R W1进行调节。
I C1的一部分流经电位器R W2及二极管D，给T2、T3提供偏压。
调节R W2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。
静态时要求输出端中点A的电位12A CCU U=，可以通过调节R W1来实现，又由于R W1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大电路的静态工作点，同时也改善了非线性失真。
OTL电路的主要性能指标1、最大不失真输出功率P0m理想情况下，218CComLUPR=，在实验中可通过测量R L两端的电压有效值，以求得实际的2OomLUPR=。
图5.1 OTL功率放大电路实验电路2、效率η100%omEP P h =式中P E ——直流电源供给的平均功率 理想情况下，ηmax ＝78.5％。
在实验中，可测量电源供给的平均电流I dC ，从而求得P E ＝U CC I dC ，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。
3、频率响应详见实验二有关部分内容。
4、输入灵敏度输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号U i 之值。
三、实验条件1、5V 直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、交流毫伏表5、直流电压表6、直流毫安表7、频率计8、晶体三极管3DG6(9011)、3DG12(9013)、3CG12(9012)，晶体二极管IN4007，8Ω扬声器、电阻器、电容器若干四、实验内容1、静态工作点的测试；2、最大输出功率P 0m 和效率η的测试；3、输入灵敏度测试；4、频率响应的测试；5、研究自举电路的作用；6、噪声电压的测试。
一种新型电荷放大器的研究与设计_陶玉贵
地电流之间形成噪声耦合，信号地线应尽可能与保护地线、交流
电源地线及高功率电器设备的地线分开，采用系统单点接地，即
信号电路低端通过电荷放大器公共端接地，而在传感器端用绝
缘安装切断地回路．
图４ 过载指示电路原理图
图５实验装匿框图
３．２实验及分析 信号发生器输出１６０Ｈｚ的正弦信号，经功率放大器放大后推动振动台运动产生大约５９的加速度．两个
图７滤波后的输出波形和信号频谱
同时，在１０—１５００Ｈｚ频率范围内本设计电路和标准电荷放大器的灵敏度比值非常吻合，一致性误差在 ±１．５％以内．在ｌｇ一１０９范围内本设计电路和标准电荷放大器的输出电压幅值比也非常吻合，一致性误差 在±１．２％以内．
４结束语
这种电荷放大器在我们设计的基于ＧＰＳ／ｊＪＩ］速度计的车速测量系统中，作为对压电加速度计的信号调 理电路已得到应用．此电路在设计思想和电路结构方面都有新颖之处，且电路的制作和调试更加简单，大大 降低了设计成本，提高了电路的性价比．实验证明，其性能以及各项技术指标均达到了预期的设计目标，具有 很高的实用价值．
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｃｈａｒｇｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
一—竺
ＴＡＯ Ｙｕ—ｇｕｉ Ｗｕｈｕ ｖ（）ｃａｔｉｏ砌ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈｕ ２４１００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｈａ：．ｇｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅ。·’Ｉ ｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ０。ｅｔｌｃａｌ Ｔｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｃｈａｒｇｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅＳ ＴＬ０８ １ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ａ ｌａｒｇｅ ｎ啪小ｅｒ ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａ‘１０ｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｂｕｔ ａｌＳｏ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｅｘｔｒａ ｍｅｒｉｔｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｍａｌｌｅｒ ｖｏｌｕｍｅ，ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌｅｓｓ ａｕｔｏｅｃｌｏｕｓｎｅｓＳ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇｅｒ
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@ V
A
+
CP C6 Cz
e0
+
图Z 电荷放大器等效电路
范围宽, 振动信号变化很大, 不可能随时根据振动强弱调整其放大倍数 . 在使用中发现适于某
一转速下的放大倍数在其他工况下可能信号太弱, 也可能过载而无信号输出 . 由于电子技术
的发展, 目前电荷放大器已更多地采用模拟集成电路设计, 体积和可靠性都有很大提高 .
300
2 400
380
2 800
460
3 300
560
3 000
500
2 300
380
1 900
300
1 600
260
1 200
190
900
130
增压器转速 r/min
光电压
振动式
1 368 2 656 4 568 6 840 11 480 15 800 20 920 18 720 11 752 6 864 4 624 2 580 1 224
X( K) = X1( K) WKNX2( K) WKN
( 3)
X( K N/ 2) = X1( K) -WKNX2( K)
( 4)
传感器选择与安装位置
传感器选用压电式传感器 其具体参数一是频率响应范围 另一个是允许的工作温度 . 东 风 4B 内燃机车柴油机增压器转速为 0*25 000 1/ min 压气 机叶 片一般 为 20 个 . 因此 蜗壳 主振动最大频率约为 8 400 ~Z 选择的压电传感器频响范围为 0*10 k~Z. 压电传感器安装在 压气机测 设计工况下压气机出口空气温度为 145 壳体温度不超过 150 . 根据初步确定 的振动频率和工作温度 我们选择了北京测振仪器厂生产的 YD 3 G 型压电传感器 . 压电传
信号由 A/D 转换器转换成数字量后送入单片机 .
地址锁存器 ~C373
程序存储器 27128
数据存储器 6264
CUP 80C166
A/ D转换器 AD574
数据转换接口
打印机接口 8155
显示器接口 8276
电荷放大器
压电传感器
TPUP 40A
显示器
图1 增压器转速测量系统
压气机蜗壳振动信号包含多种振动频率的分量 其中由压气机叶片搅动空气激振引起的
收稿日期: 2002-05-0
第 15 卷
洪 涛; 增压器转速测量中电荷放大电路的设计
73
如图 1 所示 . 其上配有 32 K 程序存储器 32 K 数据存储器 为便于利用微机( 586 等) 进行离 线数据处理 留有 IC 卡接口 . 微型打印机和彩色液晶显示器通过标准接口芯片与单片机相 连 . A/D 转换器采用了 12 位 A/D574 芯片 其转换速度快~ 精度高 无需外接时钟和基准电 压 能直接输入单极性和双极性模拟电压 . 从传感器输入的模拟信号经滤波~ 放大和多路转换 开关送入 A/D 转换器 . 系统工作时 根据存储在 EPROM 中的程序 向多路采样开关阵列的 选通地址译码器写入要采样的传感器地址 由译码器接通该地址对应的采样开关 经预处理的
信号幅值自动确定 .
4. 4 测试结果与分析
对按上述电路设计的增压器转速测量仪进行了实验室条件下和东风 4 B 机车上的实际测 试 对比用转速测量仪为光电式转速测量仪 反光片贴在增压器涡轮机轴端 传感头通过特制
的轮盘安装在端盖和法兰之间 . 压电传感器通过螺钉轴向地安装在压气机侧法兰上 . 测试时 柴油机转速从 400~ 1 000 r/min 间隔 100 r/min. 为了考察测仪的重复性进行了升功率和降 功率 2 个方向的测试 实验结果如下 .
1 300 2 600 4 550 6 870 11 640 16 600 21 000 18 650 11 630 6 860 4 540 2 550 1 200
测量仪很难在增压转速实时检测中推广应用 . 振动式转速测量仪安装方便, 测量结果满足增 压器转速测量的要求, 适于在机车上使用 .
参考文献:
序号
1 2 3 4 5 6 6 7 8 9 10 11 12
柴油机转速
r / min 436 500 602 700 805 897 993 950 797 700 604 498 415
表 1 转速测量仪实验结果 主发电机电流 主发电机电压
A
V
1 050
165
1 200
190
1 700
250
1 900
为使电荷放大器输出的电压信号满足 A/D 转换电路的要求, 通常以电荷放大器作为前置 放大器, 以集成运算放大器或程控放大器作为第二级电压放大器[4, 5 . 由于程控放大器可通过
软件编程, 自动根据输入信号的强弱调整信号放大倍数, 因而被越来越多地应用在智能型测试
仪器中 . 程控放大器有多种实现方法[6 , 由 DA 和运算放大器构成的程控放大器电路简单, 放大倍数精确, 但由于 DA 内部分布电容和运放频响特性的影响, 放大倍数不易过大, 因此 这里采用模拟电子开关和精密电阻构成程控放大电路 . 比较几种电荷放大器的特点, 结合增
振动式测量结果与光电式测量结果基本一致 平均最大相对误差在 5. 2% 以内 振动式转 速测量结果的重复性优于光电式的结果 . 光电式转速测量仪最大的问题就是安装困难 安装 位 置 及光电传感器与反光纸的距离 直接影响测量结果而且影响到增压器的正常工作 这种
76
甘肃科学学报
2003 年 第 1 期
4. 3 程控放大器放大倍数
程控放大器的放大倍数由反馈电阻决定 选择不同的电阻组合可获得所需的放大倍数 .
设反馈电阻为 Rf
运算放大器输入电阻为 Rz
则放大倍数为
Af =
R
z
+ Rz
R
f
.
根据对增压器蜗壳
振动信号的分析 确定程控放大器放大倍数为 1 50 100 200 四档 倍数选择由程序根据输入
1 振动法转速测量的原理
废气涡轮增压器由涡轮和压气机组成9柴油机排出的高温烟气在涡轮机中膨胀作功9带动 压气机工作 - 压气机转动时叶片搅动空气引起蜗壳振动9通过压电传感器 电荷放大器将振动 信号变为随时间变化的电压信号送入单片机数据采集和处理系统进行采样和处理 - 时域内的 振动信号经 TTT 变换变成频域内的信号 - 由单片机 0C196\C 组成的增压器转速测量系统
4. 1 反馈电容
前置电荷放大器由一个带电容负反馈的~ 高输入阻抗~ 高增益的运算放大器组成 其输出
电压为,
e0
=
-
CP
+
CC
+
@A Cz +
Cf
(
1+
A
(5
其中, @ 为压电传感器产生的电荷总量; CP 为传 感 器 电 容; CC 为 电 缆 分 布 电 容; Cz 为 运 算 放 大
器分布电容; Cf 为反馈电容; A 为放大倍数 .
当 A>>1 时
e0
~
-
Hale Waihona Puke @ Cf.由此可见
前置放大器输出电压取决于电荷量及反馈电容的大小
与运, 放大器的放大倍数几乎无关 .
压电传感器本身的输出电压
e=
@ CP +
CC
则电荷放大器的
放大倍数为,
A/ = I
e0 e
I
~
CP + Cf
CC
.
(7
根 据 所 购 压 电 传 感 器 检 定 证 书 压 电 传 感 器 电 容 为 1 292 pF 电 缆 长 15 m 电 缆 电 容
摘 要: 针对东风 4B 型内燃机车柴油机增压器的工作条件和转速范围9专门设计
了利用振动法测量增压器转速的电荷放大电路 - 实际测试表明9该电荷放大电路频带
响应范围宽 工作可靠9满足机车柴油机增压器地面检修和随车检测中转速测量的
要求 -
关键词: 增压器S 转速S 振动S 电荷放大器
中图分类号: TK414- 3
Rf
+ Rt
Cf
Rz
A
CP C6 Cz V
C1
3+
1
LF351
56
U0
Z-
L1
I -SW
Vcc
R1
RZ
R3
R4
图3 电荷放大电路原理
第 15 卷
洪 涛, 增压器转速测量中电荷放大电路的设计
75
出电压为 1~ 2. 5 V. 据此确定电荷放大器和程控放大器总的放大倍数为 100~ 400 其中前置 电荷放大器放大倍数为 2.
压器转速测量仪的使用条件, 确定了前置电荷放大器加程控放大器的设计方案 .
4 放大电路设计与测试
放大电路原理图如图 3 所示 . 通过对增压器用 YD-3 型压电传感器和 DHF-4 型电荷放 大器进行测试, 当把电荷放大器灵敏度调至 Z*3, 放大倍数调至 100*1 000 时, 电荷放大器输
- Vee
文献标识码: A
现代大功率柴油机广泛采用增压技术以强化柴油机的功率9提高柴油机的经济性 - 在一 定的结构尺寸和一定的转速下9柴油机输出功率的大小主要决定于进入气缸内的燃油和空气 的数量 - 在气缸容积不变的条件下要增加空气量9就必须增加空气的密度 - 内燃机车柴油机 普遍采用废气涡轮增压和空气中间冷却技术9来增加空气的密度 -
增压器转速传统的测量方法是通过光电或磁电效应产生与转速成比例的脉冲信号9通过 测频法或测周法获得转速值 - 虽然基于脉冲测量原理的转速测量比较准确 精度高9但将其用 于增压器转速测量时9需要将增压器的外盖打开9然后将传感器放入9引出导线9接入到外面的 测量仪9辅助作业时间长9安装在增压器壳体内的传感器会带来新的事故隐患9限制了它在增 压器转速测量中的应用 - 目前出现了一种新的应用振动原理的非接触式增压器转速测量方 法[293 9这种方法不仅测试精度能满足要求9而且测试时无须对增压器进行拆卸9大大提高了工 作效率 - 振动法转速测量的关键是电荷放大电路的设计9以下介绍增压器转速测量中采用的 一种实用 可靠的电荷放大电路 -