压电式加速度传感器放大电路设计

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压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究摘要:压电式加速度传感器是一种常用的测量物体运动状态的传感器。

本文针对压电式加速度传感器信号采集系统进行设计研究,通过对传感器的原理和特性分析,确定了信号采集系统的硬件设计方案和信号处理算法,并进行了实验验证。

实验结果表明,所设计的信号采集系统能够快速、准确地采集压电式加速度传感器的信号,并获得具有较高精度的加速度数据。

关键词:压电式加速度传感器、信号采集、硬件设计、信号处理、实验验证1.引言压电式加速度传感器是一种常用的测量物体加速度的传感器。

它工作原理是借助压电材料的压电效应,当物体加速度发生改变时,压电材料产生应变,电荷信号会随之变化,从而实现对加速度的测量。

然而,由于压电式加速度传感器输出的信号幅度小、频带窄,所以需要设计专门的信号采集系统对其信号进行放大和处理。

2.压电式加速度传感器信号采集系统的硬件设计2.1电压放大电路设计2.2滤波电路设计由于压电式加速度传感器的输出信号在低频到高频范围内都有一定的干扰,为了提高信号的质量,我们需要设计一个滤波电路对其进行滤波。

常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器,本文选择带通滤波器进行设计。

2.3数据采集电路设计数据采集电路是将经过放大和滤波的信号转换成数字信号的关键部分。

常用的数据采集器包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC),本文选择ADC进行设计。

3.压电式加速度传感器信号采集系统的信号处理算法3.1信号放大通过信号放大电路放大压电式加速度传感器的输出信号,使其能够达到ADC的输入范围。

根据实际需求和传感器的特性,确定合适的放大倍数。

3.2信号滤波通过滤波电路对放大后的信号进行滤波处理,去除高频和低频干扰,得到较为干净的信号。

根据实际需求和传感器的特性,确定合适的滤波器截止频率。

3.3数字信号转换通过ADC将滤波后的模拟信号转换成数字信号,以便后续的数字信号处理和存储。

根据实际需求和传感器的特性,确定合适的采样频率和位数。

基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计

基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计

课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分: (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1.仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域,NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者,也是基于PC的数据采集产品的领导者,为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。

但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵,并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集,其输出模拟量为缓变低频信号,采用总线型。

压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件,输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。

由于它具有结构简单、工作可靠等性能,目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。

世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器,都是压电式的。

本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析,同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。

基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器,又称压电加速度计,它也属于惯性式传感器。

它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。

压电式传感器的测量电路

压电式传感器的测量电路
目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅(PZT系列), 它是钛酸钡(BaTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)组成的Pb(ZrTi) O3。它有较高的压电系数和较高的工作温度。
铌镁酸铅是 20 世纪 60 年代发展起来的压电陶瓷。 它由
铌镁酸铅(Pb(Mg13 ·Nb
2 3
)O3)、
锆酸铅(PbZrO3)和钛酸铅
当石英晶体未受外力作用时, 正、负离子正好分布在正 六边形的顶角上, 形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1、 P2、P3。 如图 6 - 3(a)所示。
因为P=qL, q为电荷量, L为正负电荷之间距离。 此时正 负电荷重心重合, 电偶极矩的矢量和等于零, 即P1+P2+P3 = 0, 所以晶体表面不产生电荷, 即呈中性。
式中: Uo——放大器输出电压;
UCf——反馈电容两端电压。
由运算放大器基本特性, 可求出电荷放大器的输出电压
U0
Ca
Aq Cc Ci
通常A=104~106, 因此若满足(1+A)Cf 式(6 - 2)可表示为
q
Uo ≈ -
cf
<<Ca+Cc+Ci时,
由式(6 - 13)可见, 电荷放大器的输出电压Uo与电缆电 容Cc无关, 且与q成正比, 这是电荷放大器的最大特点。
当晶体受到沿y轴方向的压力作用时, 晶体的变形如图6 3(c)所示, 与图6 - 3(b)情况相似, P1增大, P2、P3 减小。 在x轴上出现电荷, 它的极性为x轴正向为负电荷。 在y轴方向 上不出现电荷。
如果沿z轴方向施加作用力, 因为晶体在x方向和y方向所 产生的形变完全相同, 所以正负电荷重心保持重合, 电偶极矩 矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力, 晶体不会产生 压电效应。

传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计

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。

PZT压电加速度传感器的设计

PZT压电加速度传感器的设计

PZT压电加速度传感器的设计l.i课题研究的目的和意义加速度传感器应用与设讣的要求最初是山航空航天、机器人、军事领域中对物体控制等特殊领域中提出的。

例如,在航空航天领域,山于各种运载丄具和总航系统在飞行过程中,来自自身推力系统产生的振动以及大气环境的影响而产生的振动直接影响系统的飞行姿态和运行轨迹。

因此,必须随时监测其各类负载的振动状态。

但是长期以来,我国各种大型运载工具和E行器上测控用的加速度传感器都是单轴结构,只有一维功能,故无法提供全面的加速度信息,必须同时采用多个一维加速度传感器,这在一定程度上制约了对飞行器飞行姿态测试和控制的精确性和有效性。

显而易见,只能获取一维加速度分量与时获得测量处六维加速度信息是有着本质上的区别的。

所以对多维加速度传感器的研究具有明显的科学技术价值与重要意义,因此对多维加速度传感器的研制不仅在机器人领域而且在其它领域仍然意义重大。

多维加速度传感器的研制国内外还处于起步阶段,所以寻求一种新的途径进行多维加速度传感器的设讣成为多维加速度传感器设计的一项重要课题。

多维加速度传感器一般是山敬感元件、变换元件和测量电路三部分组成。

除自源型传感器外,还需外加辅助电源,用框图表示如下。

图1-1加速度传感器的组成框图结合振动轮系统理论分析结论,采用如图4所示的测量系统,选择某样机在施丄现场测取系统的主要响应信号。

山分离的加速度计、电荷放大器、数据采集测试仪组成振动测量系统,该系统主要技术指标如下通道数为8;采集方式为多通道并行;A/D分辨率为12 b it;最高采样频率为1MHz;频率范围为0 1 5 H z〜6 kH z ;低通滤波器的衰减斜率为-12 d B / O CT;加速度测量范圉为O~5 0m/ s 2;数据存储深度为任意(视硬盘空间而定)。

图1.2 总的设计框图可以看出,弹性体是传感器的核心,其结构决定着传感器的各种性能和测量精度,弹性体结构设讣的优劣对加速度传感器性能的好坏至关重要,是传感器设计的关键。

ICP加速度传感器调理电路设计本科毕业设计1

ICP加速度传感器调理电路设计本科毕业设计1

摘要本文介绍了研究ICP加速度传感器精密恒流源电路设计的意义与目的,分别阐述了恒流源与压电式加速度传感器的发展历程、国内外发展现状以及在多个领域中的应用,简述了理想恒流源和实际恒流源的区别,详尽地介绍了恒流源的原理和评价恒流源的主要性能指标,以及ICP加速度传感器原理和优点。

ICP加速度传感器目前已被广泛应用,基于能更好应用ICP加速度传感器的目的,需要为其配备合适的供电电路。

本课题开发一种适用于ICP传感器的精密恒流源,可以为各种ICP加速度传感器供电。

该供电电路采用了220V的交流供电,经过整流稳压后得到稳定的电压,采用单片集成芯片LM334,利用集成电路恒流源的原理设计恒流模块,为ICP加速度传感器提供的精密恒流。

并设计了信号调理的高低通滤波网络,使ICP传感器的输出信号能被A/D采集电路获取。

经过仿真和实验检测表明,此电路性能可靠,效果良好。

关键词:ICP加速度传感器,信号调理,高低通滤波,恒流源电路ABSTRACTThis paper introduces the significance and purpose of the study of precision current source circuit design for ICP acceleration sensor , then clarifies the development of domestic and international situation and the application in areas of the constant current source and piezoelectric acceleration sensor. The difference between ideal current source and the actual is presented. And then introduces the principle and the main source of constant evaluation of performance indicators of the Constant current source and ICP acceleration sensor’s principle and advantages.With ICP acceleration sensors being widely used , and for the purpose of better application , a suitable power supply circuit is needed. This topic develops a kind of precision current source which is applicable to the ICP sensor and supply current for it. The power supply circuits is using a 220V power exchange, after rectifier regulator to get stable voltage, uses the principles of integrated circuits current source to design Constant current module with adoption of the LM334,which is a monolithic integrated chip, then provides precision constant current between 2 mA and 10 mA,also designs the level of signal conditioning pass filter network so that the ICP sensor output signal can be A / D acquisition circuit access. Through simulation and experiment show that the performance of this circuit is reliable and the effect is good .Key words: ICP Acceleration Sensors, Signal Conditioner Preamplifier, Precision Current Source, High And Low Pass Filter目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1 课题的来源与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 压电传感器 (2)1.2.2 恒流源 (2)1.3 课题的主要研究内容 (3)2 ICP加速度传感器简介 (4)2.1 压电式加速度传感器的结构与原理 (4)2.1.1 压电式加速度传感器的结构 (4)2.1.2 典型的电荷放大系统 (4)2.1.3 ICP传感器测试系统 (5)2.2 ICP传感器的选型 (6)2.2.1 重量 (6)2.2.2 频率响应特性 (6)2.2.3 灵敏度 (7)2.3 ICP传感器输出信号的分析 (7)3 恒流源模块的设计 (9)3.1 供电电路的总体设计 (9)3.2 供电电路的实现 (9)3.2.1 采用集成运放构成的线性恒流源 (10)3.2.2 采用集成稳压器构成的开关恒流源 (10)3.2.3 采用LM334芯片实现恒流源 (11)3.2.3 LM334搭建恒流源 (11)3.3 信号调理电路的设计 (15)3.3.1 信号调理电路的功能和目的 (15)3.3.2 信号调理电路的组成 (15)3.3.3 交流耦合的设计 (16)3.3.4 信号放大电路的设计 (16)3.3.5 低通滤波电路的设计 (18)3.4 辅助电源的设计 (21)3.4.1 需要制作的电源 (21)3.4.2 电源的总体设计 (21)3.4.3 变压部分设计 (22)3.4.4 整流部分设计 (22)3.4.5 滤波部分设计 (25)3.4.6 稳压部分设计 (26)3.4.7 电源电路图 (29)3.5 整体电路图的设计 (30)3.6印制电路板PCB的设计 (30)4 电路仿真与实物调试 (31)4.1 辅助电源仿真 (31)4.2 供电电路仿真 (31)4.3 信号调理仿真 (32)4.4 实物电源调试 (33)4.5实物供电电路调试 (33)4.6完整实物电路调试 (34)5 结论与展望 (36)5.1 工作总结与结论 (36)5.2 展望 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录A:电气原理图 (39)附录B:PCB顶面图 (40)附录C:PCB底面图 (41)第一章绪论1.1 课题的来源与意义在当代机械装置状态的识别和故障检测中,数据收集与实时监测系统是其中的必要组成部分。

3.9压电式加速度传感器--电荷放大器

3.9压电式加速度传感器--电荷放大器

压电式加速度传感器--电荷放大器压电式加速度传感器由于压电片上承受的压力为F=ma ,则在压电片的工作表面上产生的电荷q a 与被测振动的加速度a 的关系为:即q a = S q a比例系数S q 就是压电式加速度传感器的电荷灵敏度,量纲是[PC / ms - 2 ]或[PC / g]。

由于晶体的压电效应,在振动测量中,电极面所产生的电荷为q a = d 11 F 1电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。

由传感器、电缆和电荷放大器组成的等效电路如图所示。

C F为反馈电容,K为放大倍数。

工作原理:忽略R a 和R i 的影响。

)(1u u C q i F F -=()FF i C q u u =-1或(a )电荷放大器的输入电压是电容C 两端的电位差。

C q q u F a i -=(b )由电压负反馈电路 u 1=-Ku i (c )由(a)、(b)、(c)式可得:Fa i C K C q u )1(++=(d ) 所以: Fa C K C Kq u )1(1++-= 因为K >>1,因此,一般情况下,(1+K )C F >>C ,则有 Fa C q u ≈1F a C q u 1结论:电荷放大器的输出电压与加速度传感器发出的电荷成正比, 与反馈电容C F 成反比,而且受电缆电容的影响很小。

K u 1 u s SC F R F 为使运算放大器工作稳定,一般在反馈电容上跨接一个电阻。

从而组成高通滤波器,选择不同的R F 值,可得不同低截止频率的高通滤波器。

特点:此测量线路(适配器)将电荷信号变换为电信号,输出为电压的变化。

电荷放大器的电路框图如图示特点:由高通、低通滤波器,微积分放大器组成电荷放大器(设备)。

几个主要功能: (1)电路上设置一组负反馈电容C F ,改变C F 值,可以获得不同的放大倍数。

(2)电路上设置有低通及高通滤波器,可以抑制高频噪声信号 及低频晃动信号。

8 传感器实验-加速度传感器

8 传感器实验-加速度传感器

传感器实验压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点,是被最为广泛使用的振动测量传感器。

虽然压电式加速度传感器的结构简单,商业化使用历史也很长,但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关,因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。

与压阻和电容式相比,其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

加速度传感器知识准备1 以上知识点,可参阅<M M A 7660.P D F >讯方公司 传感器实验通过本实验了解加速度传感器的硬件电路和工作原理1.编写一个读取加速度传感器输出信号的程序2. 将X 、Y 、Z 三个轴的加速度值分别做简单的处理显示1. 硬件部分(1) 采集节点一个(2)J-Link 仿真器一个 (3) 显示终端一台 (4) 加速度传感器一个2. 软件部分Keil μVision4 开发环境,J-Link 驱动程序1. 加速度传感器工作原理电路中用到,加速度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。

其基本工作原理:经过信号放大电路,加速度传感器电路将感受到X 、Y 、Z 三个轴加速度以数字形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。

加速度传感器工作框图如图5-1:图5-1 电路工作框图2.加速度传感器的硬件电路图电路中,加速度传感器电路如图5-2。

图5-2 加速度传感器原理图3.工作模式:mma7660主要有三种工作模式.(通过设置MODE寄存器)1).Standby(待机)模式此时只有I2C工作,接收主机来的指令. 该模式用来设置寄存器. 也就是说, 要想改变mma7660的任何一个寄存器的值,必须先进入Standby模式. 设置完成后再进入Active或Auto-Sleep模式.2).Active and Auto-Sleep (活动并且Auto-Sleep) 模式mma7660的工作状态分两种, 一种是高频度采样, 一种是低频度采样. 为什么这样分呢, 为了节省功耗,但是在活动时又保持足够的灵敏度. 所以说mma7660的Active模式其实又分两种模式,一种是纯粹的Active模式, 即进了Active模式后一直保持高的采样频率,不变. 还有一种是Active & Auto-Sleep模式, 就是说系统激活后先进入高频率采样,经过一定时间后,如果没检测到有活动,它就进入低频率采样 ,所以就叫做Auto-Sleep, Sleep并不是真的Sleep , 只是说降低采样频率.低频率采样模式又叫Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.3). Auto-Wake (自动唤醒) 模式Auto-Sleep后就进入低频率采样模式,这种模式就叫做Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.讯方公司传感器实验6 实验步骤实验基本步骤如下:1.启动Keil μVision4,新建一个项目工程Bank,添加常用组,并添加相应库函数;2.在user文件中建立main.c,SystemInit.c,PublicFuc.c文件;3.新建一个组sensor,在sensor中编写读取加速度传感器数值变化的代码;4.编译链接工程,并生成hex 文件,所有文件如下图6-1所示:图6-1 文件示意图5.将加速度传感器接到传感器接口1;图 6-2 加速度传感器6.将J-Link仿真器、ZigBee路由器接入传感器采集节点,仿真器USB 接口连入PC 机,插好电源,并打开开发实验箱上的电源开关,如图6-3:图6-3 硬件连接示意图7. 将ZigBee 协调器接入智能网关,插好电源,并打开电源启动智能网关系统,运行传感器实验显示程序;图6-4 传感器实验显示程序电源开关电源传感器接口1传感器接口2传感器接口3J-LINK 接口ZigBee_DEBUG复位 节点按键 拨码开关 ZigBee 按键 红外发射天线指示灯ZigBee 复位讯方公司 传感器实验图6-5 智能网关连接示意图8. 选择【Debug 】->【Start/Stop Debug Session 】,启动J-Link 进行仿真调试; 9. 选择【Debug 】->【run 】或者按快捷键“F5”,运行程序; 10. 验证:移动加速度传感器,观察显示屏上数值的变化;11. 验证完毕后,退出J-Link 仿真界面,关闭Keil μVision4软件;关闭硬件电源,整理桌面; 12. 实验完毕。

实验 压电式传感器实验

实验 压电式传感器实验

实验压电式传感器实验实验项目编码:实验项目时数:2实验项目类型:综合性()设计性()验证性(√)一、实验目的本实验的主要目的是了压电式传感器的结构特点;熟悉压电传感器的工作原理;掌握压电传感器进行振动和加速度测量的方法。

二、实验内容及基本原理(一)实验内容1.压电传感器进行振动和加速度测量的方法(二)实验原理压电式传感器是一和典型的发电型传感器,其传感元件是压电材料,它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。

压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量,在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。

1.压电效应:具有压电效应的材料称为压电材料,常见的压电材料有两类压电单晶体,如石英、酒石酸钾钠等;人工多晶体压电陶瓷,如钛酸钡、锆钛酸铅等。

压电材料受到外力作用时,在发生变形的同时内部产生极化现象,它表面会产生符号相反的电荷。

当外力去掉时,又重新回复到原不带电状态,当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变,如图1 (a) 、(b) 、(c)所示。

这种现象称为压电效应。

(a) (b) (c)图1 压电效应2.压电晶片及其等效电路多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多,压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片,金属膜构成两个电极,如图2(a)所示。

当压电晶片受到力的作用时,便有电荷聚集在两极上,一面为正电荷,一面为等量的负电荷。

这种情况和电容器十分相似,所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉,因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大,但毕竟不是无穷大,从信号变换角度来看,压电元件相当于一个电荷发生器。

从结构上看,它又是一个电容器。

因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如2(b)所示。

其中ea=Q/Ca 。

式中,ea为压电晶片受力后所呈现的电压,也称为极板上的开路电压;Q为压电晶片表面上的电荷;Ca为压电晶片的电容。

实际的压电传感器中,往往用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串联。

传感器技术与应用第9章加速度传感器

传感器技术与应用第9章加速度传感器
由图9-5可知,它采用简谐振子结构形式。激光束通过 分光器分为两束光,透射光作为参考光束,反射光作为测量 光束。当光纤感受到加速度作用时,由于质量块m对光纤的 作用,从而使光纤被拉伸,引起光程差的改变。相位改变的 激光束由单模光纤射出后与参考光束汇合产生干涉效应。激 光干涉检测器把干涉条纹的移动经光电接收器件转换为电信 号,通过信号处理电路处理后,便可在显示器上正确地显示 出加速度的测量值。
F ma
图9-1 应变式加速度传感器结构示意图
9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理
测量时,将传感器壳体与被测对象刚性连接,当被测物 体以加速度a运动时,质量块就受到一个与加速度方向相反 的惯性力作用,使悬臂梁变形。该变形被粘贴在悬臂梁上的 电阻应变片感受到,并随之产生应变,从而使应变片的阻值 发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平 衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运 动加速度a成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图9-2 压电式加速度传感器结构示意图
9.2.2压电式加速度传感器的测量原理
测量时,把压电加速度传感器与被测物体刚性连接,当加 速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时,由于弹簧的刚 度很大,而质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性 很小。因此,质量块感受与传感器基座相同的振动。这样, 质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应, 便在压电元件上产生电荷q,其电荷量大小为
第9章 加速度传感器及其应用案例
9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例
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9.1 应变式加速度传感器
9.1.1 应变式加速度传感器的结构

压电式传感器测振动实验

压电式传感器测振动实验

压电式传感器测量振动实验一、实验目的:1、了解压电式传感器结构及其特点;2、了解压电式传感器测量电路的组成方式和测量振动的方法。

二、基本原理:压电式传感器是一和典型的发电型传感器,其传感元件是压电材料,它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。

压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量,在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。

1、压电效应:一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。

即:在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化,从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷,且其电位移D(在MKS 单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T 成正比。

当外力消失,又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。

这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。

具有压电效应的材料称为压电材料,常见的压电材料有两类压电单晶体,如石英、酒石酸钾钠等;人工多晶体压电陶瓷,如钛酸钡、锆钛酸铅等。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。

其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。

由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。

而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。

磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

2、压电式加速度传感器图4-1 是本实验仪上所有的压电式加速度传感器的结构图。

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究摘要:本文设计了一套信号采集系统,这个系统基于压电加速度传感器低频信号的原理。

并对压电加速度传感器信号进行了调理工作如放大滤波,同时以TLC0831(来自TI公司)为A/D转换器,并以单片机GMS97C2051(LG公司)为微处理控制芯片,并分析了各个硬件模块。

关键词:调理压电加速度传感器信号采集加速度传感器是用于倾斜角、惯性力、冲击力及振动等参数的测量并将运动或重力转换为电信号的一种传感器。

压电加速度传感器是一种以某些受力晶体在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的典型的自发式传感器,优点是高灵敏度、高信噪比、重量轻、结构简单、工作可靠等等,广泛应用在加速度测量方面。

1 传感器信号采集系统原理简述压电式传感器的基础是电介质的压电效应,这些物质表面上会产生电荷,原因是在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形;反之,若它们不受力又回到不带电的状态,这就是所谓的压电效应。

它是典型的发电传感器,又叫有源传感器。

石英晶体是最常用的电介质材料,此外还有钦酸钡、错钦酸铅等多晶体也作为压电材料得到应用,因为它们具有良好的压电效应。

这种传感器的灵敏度与压电材料的压电系数和质量块的质量有关成正比关系。

压电系数越大,传感器的灵敏度越高,在通常情况下,我们主要采用压电陶瓷为敏感元件。

压电式加速度传感器包括质量块、压电元件和支座。

其中把支座与待测物固定在一起,它们之间是刚性连接。

当待测物有位移时,支座与待测物以相同的方式运动,压电元件受到惯性力的作用,它与质量块的与加速度相反方向,晶体的两个表面形成了交变电压。

当传感器的固有共振频率大大高于振动频率时,传感器的输出电荷(也就是电压)与作用力的关系为正比。

我们可通过检测电路检测放大的电信号从而得到物体的加速度。

2 信号采集系统总体设计方案我们对数据采样过程采集时域信号,而计算机只能处理数字信号,故需要将用调理器和转换器来进行信号的转变。

压电传感器放大电路设计

压电传感器放大电路设计
nvi r n m



n t a l /

压 电传 感器放大 电路设 计
陈 玉 伟 ,张 丛
( 青 岛航 天半导体 研究所有限公司 ,青 岛
2 6 6 0 7 1 )
摘 要 :为 了提高压 电传感器 的固有 频率,减小传感器 的体积 ,采用高输入 阻抗 的仪表放大器 ,设计研 究了用于压 电传 感器 的放大 电路 ,通 过改变放大 电路输入 回路偏置 电阻的 电阻值 ,得 到了比常规 方法更加简单 、有 效的简单放大 电路, 实现 了小体 积下的一体化压 电传感器较好 的频率响应和 良好 的线性度 。 关键词 :压 电:传感器 ;电路设计
Ke y wo r d s: pi e z o e 1 e c t r i c: s e n s o r: c i r c u i t d e s i g n
引言
压 电传感 器是用 于动态 测量 的传感 器 ,虽有 低频 响 应差 、 不 能测 量静态信号的缺点 , 但 与压 阻传感器 相 比,
Ab s t r a c t : I n o r d e r t o i m p r o v e t h e n a t u r a l f r e q u e n c y o f p i e z 0 e 1 e c t r i c s e n s o r a n d r e d u c e t h e v o l u m e o f
By c ha ngi ng th e v al ue o f t he am pl i fi ca ti on i n put ci rc ui t bi as re si st or , a n a mpli fi c ati o n ci r cui t mo re

压电式加速度传感器解读

压电式加速度传感器解读

华东交通大学理工学院论文题目:压电式加速度传感器课程:传感器原理及其应用姓名;吕进专业:通信工程班级: 12 通信2班学号:20120210420243压电式加速度传感器前言目前,国内研制的高冲击压电加速度传感器的性能受材料、结构、工艺和安装等因素的影响,量程和上限频率难以得到提高,从而导致在高冲击下测量的线性度较差。

现在国内研制的压电传感器样机可测量的最大冲击加速度为 1 OO,OOOg,安装谐振频率约为9.5kHz,线性度为10%,还不能完全满足工程使用的要求。

因此,为了满足高速碰撞测试和常规触发引信用压电加速度传感器的要求,本文研究提高压电加速度传感器的量程和频响的设计技术,这项技术可应用在钻地武器试验和深层钻地弹引信中。

在核武器飞行试验中,均要进行触地测试,了解核弹头碰地的状况,测量其触地加速度,为其触发引信的设计和验证提供依据。

在常规钻地弹、侵彻弹等武器研究中,均需要大量程高频响的加速度传感器进行测量。

目前国内的传感器难以满足要求,现采用国外的传感器(如7270A),但价格昂贵且对华禁运。

综上所述,本文研究提高压电传感器的量程和频响的设计技术,为改进压电加速度传感器的性能奠定基础,为高速触地用测试传感器和深侵彻引信传感器的研究提供技术参考。

目录前言 (1)摘要 (3)关键词 (3)国内外现状 (3)压电式加速度传感器原理 (4)灵敏度 (8)误差形成因素分析 (9)提高传感器频响的措施 (9)实际应用 (11)总结 (12)参考文献 (12)摘要二十一世纪的高效发展中,信息时代已然来临,掌握信息的重要性日益重要,在人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一随着社会的进步,科学技术的发展,特别是近20年来,电子技术日新月异,计算机的普及和应用把人类带到了信息时代,各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域,相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件,传感器技术是现代信息技术中主要技术之一,在国民经济建设中占据有极其重要的地位。

加速度传感器课程设计

加速度传感器课程设计

核准通过,归档资料。

未经允许,请勿外传!传感器课程设计系别:机电工程系专业:模具设计与制造姓名学号:Z********一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面,如手提电脑的硬盘抗摔保护,另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里,也有加速度传感器,用来检测拍摄时候的手部的振动,自动调节相机的聚焦。

而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力,其中采用的都是压电式加速度传感器。

压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面,灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。

概括起来,加速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。

二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性,可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。

三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下:1、方案一 压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1所示:压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。

这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。

电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出压电加速度 传感器电荷放大器信号处理电路A/D转换电路图1 压电加速度测量系统结构框图电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。

5-4 压电式传感器的应用

5-4 压电式传感器的应用
q' =2q; U'=U; C'=2C 图5-22(b)为串联形式,正电荷集中在上极板,负电荷集中在下极板, 而中间的极板上产生的负电荷与下片产生的正电荷相互抵消。从图中可知, 输出的总电荷 q' 等于单片电荷 q ,而输出电压 U'为单片电压 U 的二倍,总 电容 C' 为单片电容 C 的一半,即
当膜片 5 受到压力 P 作用后,则在压电晶片上产生电荷。在一个压电片
上所产生的电荷 q 为
q=d11F=d11SP
式中 F——作用于压电片上的力;
(5-42)
d11——压电系数; P ——压强,P=F/S;
S ——膜片的有效面积。
测压传感器的输入量为压力 P,如果传感器只由一个压电晶片组成,则 根据灵敏度的定义有:
第五章习题
5.7 .分析压电式加速度计的频率响应特性。若测量电路的总电容 C= 1 000 pF,总电阻 R= 500 MΩ,传感器机械系统固有频率 f0=30 kHz,相对阻尼 系数ξ=0.5,求幅值误差小于 2 %时,其使用的频率范围 。
5.8.用石英晶体加速度计测量机器的振动,已知加速度计的灵敏度为 5 pC/g (g为重力加速度,g=9.8 m/s2),电荷放大器灵敏度为 50 mV/pC,当机 器达到最大加速度时,相应输出幅值电压为2V。试计算机器的振动加速 度。
1
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(5-35) (5-36)
§5-4 压电式传感器的应用
相频特性



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基于压电传感器的电荷放大测量电路的优化方案

基于压电传感器的电荷放大测量电路的优化方案
Abstract: From the working characteristics,scope of application and some main factors that affect the working performance of piezoelectric sensors,and based on the two kinds of the measuring circuits that are put forward in this paper,the performance of measuring circuits is further analyzed. In order to improve the working performance of piezoelectric sensors,differential amplification forms of signal conditioning circuit are designed to reduce interference and drift. And through EWB simulation software the design of the signal adjustment circuit is simulated. The results show that the differential amplification form of the signal adjustment circuit achieves the desired optimization requirement. Key words: piezoelectric sensor; charge amplifier; differential amplifier; signal adapter circuit; simulation

压电传感器的实际等效电路

压电传感器的实际等效电路
在陶瓷上施加外电场时,电畴的极化方向发生转动,趋向 于按外电场方向的排列,从而使材料得到极化。
外电场愈强,就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。 让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度,即所有电 畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时,当外电场去掉后, 电畴的极化方向基本不变化,即剩余极化强度很大,这时的 材料才具有压电特性, 如图所示。
(2) 弹性常数 压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电 器件的固有频率和动态特性。
(3) 介电常数
对于一定形状、 尺寸的压电元件, 其固
有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率
下限。
(4) 机械耦合系数 在压电效应中, 其值等于转换输出能量 (如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根; 它是衡量 压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。 (5)居里点 压电材料开始丧失压电性能的温度点
压电材料可以分为两大类:压电晶体和压电陶瓷。
6.1.2 压电效应的数学模型 根据压电效应原理,当一个平行于X轴的力Fx作用在压电
转换元件的平面上时,压电元件表面的电荷密度q1为:
q1 = d11 F1
由式可知,在压电晶体弹性变形的范围之内,电荷密度与 作用力之间的关系是线性的。
如果同时对压电转换元件的X、Y、Z三个轴的方向上作用 拉(压)力,对YZ、XY、XZ平面上作用切向应力,则各平面
1. 电压放大器(阻抗变换器) 图(a)、(b)是电压放大器电路原理图及其等效电路。
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(a)
(b)
电压放大器电路原理及其等效电路图 (a) 放大器电路; (b) 等效电路
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Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告西南科技大学信息工程学院制2019年01月课程名称: 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《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(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。

本次课程设计的难点在于输入信号的产生与采集。

输入信号的采集过程中会出现大量的杂波信号干扰信号的采集,如何排除干扰,采集到我需要的输入信号是本次课程设计的难点。

1.2 设计方案选择常用的加速度传感器有压电式传感器、压阻式传感器、电容式传感器。

考虑到本设计所需要的灵敏度较高,且操作方便,材料易得,故选用压电式加速度传感器,以下是三种传感器的优劣分析。

1.2.1 压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计。

它也属于惯性式传感器。

它是利用某些物质如石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之变化。

当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。

压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。

某些晶体在一定方向上受力变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去除后,又重新恢复到不带电状态,这种现象称为“压电效应”,具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。

常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。

这种传感器一般都具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、结构简单坚固、受外界干扰小以及产生电荷信号不需要任何外界电源等优点,它最大的缺点是不能测量零频率信号。

1.2.2 压阻式加速度传感器压阻式传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥来实现测量加速度信号,这种传感器的频率测量范围和量程也很大,体积小重量轻,但是缺点也很明显,就是受温度影响较大,一般都需要进行温度补偿。

压阻式加速度传感器的输出阻抗低,输出电平高,内在噪声低,对电磁和静电干扰的敏感度低,所以易于进行信号调理。

它对底座应变和热瞬变不敏感,在承受大冲击加速度作用时零漂很小。

压阻式加速度传感器的一个最大优点就是工作频带很宽,并且频率响应可以低到零频(直流响应),因此可以用于低频振动的测量和持续时间长的冲击测量,如军工冲击波试验。

压阻式加速度传感器的灵敏度通常比较低,因此非常适合冲击测量,广泛用于汽车碰撞测试、运输过程中振动和冲击的测量、颤振研究等。

1.2.3 电容式加速度传感器电容式传感器中一般有个可运动质量块与一个固定电极组成一个电容,当受加速度作用时,质量块与固定电极之间的间隙会发生变化,从而使电容值发生变化。

它的优点很突出,灵敏度高、零频响应、受环境(尤其是温度)影响小等,缺点也同样突出,主要是输入输出非线形对应、量程很有限以及本身是高阻抗信号源,需后继电路给予改善。

1.2.4伺服式加速度传感器伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统,具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。

其工作原理,传感器的振动系统由"m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。

由于有反馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。

1.3 总体方案经方案研究,最终确定为采用LM358P芯片构成同相放大器,将同相放大器并联电容过滤衰减干扰波,减小由干扰波带来的误差。

给同相放大器加一个大电阻构成电压放大器,对压电式加速度传感器进行信号放大,最后将放大后的输出信号与加速度传感器的输入信号用示波器显示出来,对比波形,分析数据。

第2章 硬件电路设计方案设计完毕以后,接下来是实际电路的选择设计。

硬件电路不同于仿真电路,合理的选择实际的元器件是实验能否成功的决定性因素。

将理论值改为实际值,将理论分析改为实践分析。

考虑到元器件的价格等方面,使用简单方便的电路或元器件代替不可实现的仿真器件是每个设计者的必修课。

2.1放大电路放大电路亦称为放大器,它是使用最为广泛的电子电路之一、也是构成其他电子电路的基础单元电路。

所谓放大,就是将输入的微弱信号(简称信号,指变化的电压、电流等)放大到所需要的幅度值且与原输入信号变化规律一致的信号,即进行不失真的放大。

只有在不失真的情况下放大才有意义。

本设计中可用到电荷放大器或电压放大器对传感器输入信号进行放大。

2.1.1电荷放大器压电传感器与电荷放大器的连接电路如图:图2-1 电荷放大器在理想运放条件下,图中R 和C 两端电压均为0,即流过电流为0,因此电荷源电流全部流过2Z ,即F F //C R 。

故有:(2-1)电荷放大器输出电压与输入电荷之间的转换关系为式中可见电荷放大器输出电压与输入电荷之间的转换关系具有一阶高通滤波特性,其转换灵敏度为即可见电荷放大器输出电压0U 与压力传感器所受力也具有一阶高通滤波特性,其转换灵敏度为由此可见,在采用电荷放大器的情况下,灵敏度只取决于反馈电容F C ,而与电缆电容cC 无关,因此在更换电缆或需要使用较长电缆时,无需重新矫正灵敏度。

在电荷放大器的实际电路中,灵敏度的调节可采用切换F C 的办法。

通常F C 在100~10000pF 之间选择。

为了减小零漂,提高放大器工作的稳定性,一般在反馈电容的两(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)端并联一个大电阻F R ,约Ω141010~10,其功用是提供直流负反馈。

电荷放大器的时间常数F F C R 相当大,下限截至频率低达Hz 103-6⨯,上限高达100kHz ,输入阻抗大于Ω1210,输出阻抗小于100Ω,因此压电式传感器配用电荷放大器时,低频响应比配用电压放大器好得多,可对准静态的物理量进行有效的测量。

上式中ω不能为0,所以不论采用电压放大还是电荷放大,压电式传感器都不能测量频率太低的的被测量,特别是不能测量静态参数。

因此压电传感器多用来测量加速度和动态力或压力。

2.1.2电压放大器压电传感器与电压放大器的连接电路如图所示:图2-2 电压放大器图中电压放大器输入电压为式中电压放大器增益为 输出电压为jww K Ci K QU U 010+==•••jww CQ jwc RQ jwc RI i U 0111jw 1+=+=+=••••RCw 10=RR K 211+=(2-7)(2-8)(2-9)(2-10)输出电压与输入电荷之间的转换关系为由式可见电压放大器输出电压与输入电压之间的转换关系具有一阶高通滤波特性,其转换灵敏度为即由式可见为扩展传感器工作频带的低频端,须减小0ω ,据式就应增大C 或增大R ,但增大C 会降低灵敏度,所以一般采取增大R ,应配置输入电阻R1很大的前置放大器。

连接电缆电容c C 改变会引起C 改变,进而引起灵敏度改变,所以当更换传感器连接电缆时必须对传感器进行标定,这是采用电压放大器的一个弊端。

2.2低通滤波电路压电加速度传感器是一个弱阻尼的振动系统,因此它的幅频特性的高频段有一个很高的共振峰,此峰值严重地引起了高频噪声,并对输入信号产生失真和干扰。

为此,需在放大器中采用低通滤波器,以补偿传感器引起的高频幅频特性.另外,在某些振动测试中,电荷放大器的通频带有时远远高于实际的需要,而无用的高频带的存在对低频测试只会带来坏的影响,所以在系统中就非常有必要采用低通滤波器,他只能让低频交流分量通过,使无用的高频分量受到较大的衰减。

滤波器种类很多,有LC 的,也有RC 的,又分为有源和无源的.无源的RC 低通滤波器具有线路简单,抗干扰性强,有较好的低频范围工作性能等优点,并且体积较小,成本较低,所以在系统中被广泛采用.但是,由于他的阻抗频率特性没有随频率而极具改编的谐振性能,故选择欠佳,为了克服这个缺点,在RC 网络上加上运算放大器等有源元件,组成有源RC 低通滤jww K CQK U QU 01i 0+==••••2000)(11||ωω+==••CK Q U QU 2000)(11||ωω+==••C Kd F U F U (2-11)(2-12)(2-13)波器.有源RC低通滤波器在通带内不仅可以没有衰减,还可以有一定的增益.因为我们测量的信号频率不是很高,所以我们采用的是二阶RC有源滤波器,其特点是简单,易调节,2.3 Multisim仿真在初步分析好电路后,我采用Multisim做了一个初步的电路仿真如图2-3-1,在制作仿真电路的过程中,首先应该考虑输入信号的频率大小以及类型。

本题目中输入信号为模拟的压电式加速度传感器输入信号,因此我将压电式加速度传感器信号进行了测量。

用手摇晃加速度传感器,使之产生一段信号输出,并且使用示波器采集信号。

在实验过程中,我得到了一段正弦波,并且该正弦波具有明显衰减。

因此在电路仿真中,我选择采用电压为1v、频率为1k HZ正弦波作为输入信号。

同时我测得传感器内部电容约为20nF,因此,我串联了一个20nF的电容上去作为模拟信号源。

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