基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计
一种压电加速度传感器调理电路设计
一种压电加速度传感器调理电路设计
李照华;焦新泉;贾兴中
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2017(000)010
【摘要】通过分析压电加速度传感器对其调理电路的要求,提出选用电荷放大器作为压电加速度传感器的测量电路,采用集成运放芯片取代大量的分离元件进行优化设计,从而提高电路的集成度,简化电路的复杂度,使得整个电路体积小,功耗低,寄生因素少和抗干扰性能强.同时,对调理电路在调试与试验过程中出现的干扰噪音和漂移等问题进行细致的理论分析,并采取有效措施予以排除,最后通过与标准电荷放大器进行比较测试试验分析,验证了所设计的压电加速度传感器信号调理电路是可行和可靠的.
【总页数】5页(P10-13,28)
【作者】李照华;焦新泉;贾兴中
【作者单位】中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.一种基于压电材料的汽车横摆角加速度传感器的设计 [J], 汤佳琛;王铭翔;方超;李旭;付祥松;任泽凯
2.高阻运放CA3140在压电式加速度传感器信号调理电路中的应用 [J], 张青春
3.高压电机定子绕组绝缘薄弱点信号调理电路设计 [J], 史宏俊;莫岳平;雍才富;崔顺;朱肖陈
4.一种平面剪切型压电式加速度传感器的设计及测试技术研究 [J], 毛世杰;雷体高;王燕山;刘德峰;黄漫国
5.压电声传感器的接收机调理电路设计 [J], 章学国; 李愈馨
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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。
压电加速度传感器测量电路的研究与设计
t wd a lao o t p zeci a er er l re e y a h i p itn h i o er c lo t w u e i v g t e e ci f e lt ce m e o d v e r p e c c r e
D nmc nl a r a e a ca c rts t p cs h ui t ya i s a r e r d hr tii o h r es a s d d i s g d s a esc f o , t e h g e e s e ssm t dnmc r tiip b m ttgA d acre a r et yt ac a ica crt r l o e i . t cu tm s e n e i y h a esc e f n n h o s e a e u m o t v ri ad k i t t g勿nmc l s m e eil iprn Te f i ao n si n i h b tn t e e n e r s a i l e s c l m ot t h ay e s ay a . p m siprnp b m t m a r et h v ri ad k it s s . ot ot t l o h es e n ot iao n si s e o m a r e f o e u m f b tn t e h n r e r e Fr a u i n s nlt m scm o s sr ue it p ze ci o t c it o i a h o o m n o oe s h i ol tc h q si f , e o g e t e n n s s e e r e
压力传感器调理电路的设计
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载压力传感器调理电路的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容天津大学毕业设计（论文）题目：压力传感器信号调理电路的设计学院电气与自动化工程学院专业电气自动化技术学生姓名汪文腾学生学号 4009203024指导教师陈曦提交日期 2012年 6月 2日摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛的应用于我们的日常生活中，为了使同学们对压力传感器有较深入的理解。
经过综合的解析选择了由实际中的应用作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的实际电路搭建的设计方法，该控制器以压力传感器为核心，通过具备运放来实现放大电路等功能。
另外，使用运放的压力传感器再实际电路搭建中被广泛应用。
通过对模型的设计可以非常好的延伸到具体的应用案例中。
关键词：压力传感器；运放；电路；目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc326965022" 第一章绪论 PAGEREF _Toc326965022 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965023" 1.1器械基本组成及制作工艺PAGEREF _Toc326965023 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965024" 1.2压力传感器 PAGEREF_Toc326965024 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965025" 1.2.1压力传感器的原理 PAGEREF _Toc326965025 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965026" 1.3通过运放实现的放大电路的压力传感器 PAGEREF _Toc326965026 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965027" 1.3.1三运放差分放大电路 PAGEREF _Toc326965027 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965028" 1.3.2 UA741运放型号的介绍PAGEREF _Toc326965028 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965029" 1.3.3运算放大器在实际中的应用PAGEREF _Toc326965029 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965030" 第二章电路仿真 PAGEREF_Toc326965030 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965031" 2.1 EWB简介 PAGEREF_Toc326965031 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965032" 2.2 EWB5.0的基本功能 PAGEREF _Toc326965032 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965033" 2.2.1建立电路原理图方便快捷PAGEREF _Toc326965033 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965034" 2.2.2用虚拟仪器仪表测试电路性能参数及波形准确直观 PAGEREF _Toc326965034 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965035" 2.3实际电路的搭建流程 PAGEREF _Toc326965035 \h 7HYPERLINK \l "_Toc326965036" 2.4实际电路在EWB上的波形图PAGEREF _Toc326965036 \h 11HYPERLINK \l "_Toc326965037" 第三章实际电路的搭建 PAGEREF _Toc326965037 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965038" 3.1实际实验电路的搭建 PAGEREF _Toc326965038 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965039" 第四章误差分析 PAGEREF_Toc326965039 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965040" 4.1误差分析 PAGEREF_Toc326965040 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965041" 第五章总结与展望 PAGEREF _Toc326965041 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965042" 5.1总结 PAGEREF_Toc326965042 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965043" 5.2展望 PAGEREF_Toc326965043 \h 25HYPERLINK \l "_Toc326965044" 致谢 PAGEREF_Toc326965044 \h 26HYPERLINK \l "_Toc326965045" 参考文献 PAGEREF_Toc326965045 \h 27第一章绪论传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
加速度信号调理电路设计及仿真
高阻运放CA3140在压电式加速度传感器信号调理电路中的应用_张青春
本文根据工程动态测试的需要，针对动态测 试中普遍存在的信噪比低、信号质量差、干扰严 重等实际问题，通过对常用的压电式加速度传感 器输出信号的调理电路进行分析与研究，提出了 一种经济、可行的解决方案，设计一种新型、实 用信号调理电路。
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图1 动态测试系统框图
1）采用 DSO-2090 数据采集器，在相同的采样 频率 100KHz、相同的 2V 显示量程下调节不同的放 大倍数得出的两个波形图。根据实测的两个波形比 较，信号调理电路增益改变，显示波形幅值随之变 化，且具有良好的稳定性、同步性和抗干扰能力。
2）采用 DSO-2090 数据采集器，在相同的采 样频率 100kHz、相同的 1V 显示量程下，信号分 别通过常规电荷放大器和设计的信号调理电路时
靠，具有较高的性价比，可广泛应用于设备、结构的动态监测和故障、缺陷的无损检测。
关键词： 压电式加速度传感器；高阻运放CA3140；信号调理电路；滤波器
一种新型加速度计信号处理电路设计和实现
一种新型加速度计信号处理电路设计和实现
王晓臣
【期刊名称】《中国电子商务》
【年(卷),期】2012(000)010
【摘要】这篇文章主要针对传统压电式加速度计信号处理电路可靠性差、工作温
度范围窄、频带不可调、体积比较大、精度不高、噪声比较大等缺点，提出了相应的解决方案，并在研制过程中对电路进行了进一步的优化，使其工作原理更加简洁、可靠，最终工程化样品电多采用LT—CC多层基板和全气密性金属管壳封装，有
效减小了电路体积，并提高了产品的工作温度范围及可靠性。
【总页数】1页(P79-79)
【作者】王晓臣
【作者单位】中国兵器工业第214研究所,江苏苏州215163
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.一种新型的补偿式温度巡检电路设计实现 [J], 王云河
2.一种新型的低功耗血糖检测电路设计与实现 [J], 杜锋
3.一种新型柔性触觉阵列传感器信号处理电路设计 [J], 董万成;黄英;明小慧;向蓓
4.一种新型水声Modem模拟电路设计与实现 [J], 廖建宇;申晓红;吕小鹏;王海燕
5.一种新型水声Modem模拟电路设计与实现 [J], 廖建宇; 申晓红; 吕小鹏; 王海
燕
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信号调理电路
与传统无线电不同，软件无线电要求尽可能地以数字形式处理无线信号，因此必须将A/D和D/A转换器尽可 能地向天线端推移，这就对A/D和D/A转换器的性能提出了更高的要求。主要体现在两个方面。
（1）采样速率。依据采样定理，A/D转换器的抽样频率fs应大于2Wa（Wa为被采样信号的带宽）。在实际中， 由于A/D转换器件的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，一般选取fs>2.5Wa。
（2）分辨率。采样值的位数的选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，一般分辨率80dB 的动态范围要求下不能低于12位。
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信号调理电路
把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或 其他目的的数字信号的电路
01 简介
目录
02 信号调理
03 调理技术组成
04 信号滤波
05 信号隔离
06 模数转换
基本信息
信号调理电路（signal conditioning circuit）是指把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计 算显示读出或其他目的的数字信号的电路。
压电加速度测试系统设计
课程设计说明书题目：压电加速度测试系统设计课程：工程测试技术院、系：机电工程学院学科专业：机械设计制造及其自动化学生：李崧伟，刘嘉豪学号： ***********，*********** 指导教师：***2016 年 6 月15号工程测试技术课程设计任务书（2015—2016学年第 2 学期）指导教师齐忠霞2016 年 6 月15 日目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统设计1.简介现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。
所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。
它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。
振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。
压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。
压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。
2.测试方案设计系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。
最后在PC端对实验数据进行处理并显示。
如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2工作原理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。
基于压电式加速度计的冲击加速度测量方法研究
Ｆ ｇ １ Ｓｙ ｔ ｉ ． ｓｅｍ ｒ ｒ ｃ ｐ ｅ ｗｏ ｋ ｐ ｉ ｉ ｌ ｎ
１ 系统 工 作原 理
１１ 系统 工作原 理 ．
１２ 压 电式加速 度计 测量原 理 ．
在压 电元 件上 ， 以一 定 的预 紧力 安装 一 个 质量
块 ， 量 块 上 有 一 弹 簧 片 ， 是 典 型 的惯 性 式 传 感 质 这 首 先将 压 电式 传 感器 安 装在 待 测 物体 上 ， 将 信号 器 ， 简化 的单 自由度二 阶力 学系 统如 图 ２ 示 。 再 其 所 变换 器 外 接在 传感 器 上 ， 当待 测物 体受 到 冲击产 生
第 ３ 卷第 ３ ４ 期
２１ 年９ ０１ 月
长春理工大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ａ ｇｈ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ （ ｔｒｌ ｃｅｃ ｉｏ ｏ ｒａ ｏ Ｃｈｎ ｃ ｕ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ｄＴ ｃｎ ｌｇ Ｎａｕａ ｉｎ ｅ ｔ ｎ） ｔ ａ Ｓ Ｅｄ ｉ
Ｖｏ ．４ Ｎｏ． １３ ３ Ｓ ｐ． ｅ ２０１ １
基 于压 电式 加 速 度计 的冲 击 加速 度 测 量 方 法研 究
郭林 炀 ，赵 研
（． １ 北方激光科技集团有限公司 ，扬州 摘 ２ ５ ０ ；２长春理工大学 ２０ ９ ． 光 电工程学院 ，长春 １０ ２ ） ３０ ２
式 加速度 传感 器才 能胜任 。压 电式 加速 度计 广泛地 应 用 于航 空 、 天 、 航 兵器 、 船 、 织 、 造 纺 机械 及 电气等 各种 系 统 的振 动 ， 及 冲击测 试 、 号 分 析 、 以 信 环境 模 拟实验 、 模态 分析 、 故障 诊断及 优化设 计 等方面 。
基于压电效应的加速度传感器设计
基于压电效应的加速度传感器设计简介加速度传感器是一种常见的传感器，可测量物体的加速度。
本文将介绍一种基于压电效应的加速度传感器设计，该设计利用压电材料的特性来测量加速度。
原理压电效应是指某些晶体材料在受力或压力作用下会产生电荷或电位差的现象。
基于压电效应的加速度传感器利用压电材料的变形来测量加速度。
当加速度作用于传感器时，压电材料会发生微小的形变，从而产生电荷或电位差。
通过测量这种电信号的变化，可以间接测量加速度的大小。
设计要点1. 选择合适的压电材料：根据传感器的特性和应用场景，选择合适的压电材料。
常用的压电材料包括石英、陶瓷和聚合物等。
2. 建立机械结构：设计传感器的机械结构，使压电材料能够受到加速度的作用，并产生相应的电信号。
机械结构应具有合适的灵敏度和稳定性。
3. 电路设计：设计合适的电路来接收和放大压电材料产生的电信号。
电路应具有一定的放大倍数和频率响应特性。
4. 功耗和尺寸优化：对传感器的功耗和尺寸进行优化，以满足应用的需求。
可以考虑使用低功耗电路和微型封装技术。
应用场景基于压电效应的加速度传感器广泛应用于科学研究、工业生产和消费电子等领域。
它可以用于测量物体的加速度、振动和冲击力等参数，为相关领域的研究和应用提供重要数据支持。
结论基于压电效应的加速度传感器设计是一种常见且有效的加速度测量方法。
通过选择合适的压电材料、设计合理的机械结构和电路，并进行功耗和尺寸优化，可以实现高精度和可靠的加速度测量。
该设计在科学研究、工业生产和消费电子等领域有广泛的应用前景。
ICP加速度传感器调理电路设计本科毕业设计2
第二章ICP加速度传感器简介2.1 压电式加速度传感器的结构与原理2.1.1 压电式加速度传感器结构压电式传感器是由压电效应制作，其机构原理图如图2.1所示，它是一种机电转换式与自发电式的传感器。
它的感应器件是采用压电材料制成的。
当压电材料受到力作用之后表面会产生一定量的电荷。
电荷通过电荷放大器放大、测量电路放大和变换阻抗后就成为与所受外力成正比的电量输出。
它的优点是信噪比很高、灵敏度高、频带较宽、重量较轻、结构简单、和工作性能可靠等。
缺点则是某些压电材料需要良好的防水防潮防有害气体措施，而直流输出响应比较差，这就需要采用电荷放大器来克服这一条件，在缺少电荷放大器的情况下，也可以采用具有高输入阻抗的电路来满足要求。
图2.1压电式传感器结构原理图2.1.2 典型的电荷放大系统除了在上面已经提到了压电式传感器的特点和优点外，它也有自己的缺点，那就是某些压电材料需要良好的防潮措施，而且输出的直流响应差，所以一般都需要配套的放大器电路，图2.2为典型的电荷放大测试系统。
图2.2典型电荷放大测试系统在冲击与振动测试中应用最为广泛的就是压电式加速度传感器，但由于其压敏元件具有非常高的阻抗，而且它产生的是微弱的电荷信号，因此需要将传感器产生的高阻抗的输出信号通过一个前置放大器转换成低阻抗的信号。
常用的前置放大器可以分为电荷放大器和电压放大器两种。
虽然电缆分布电容对电荷放大器的干扰不大，灵敏度不会受到太大影响，但是由于当弯曲或者振动电缆时，屏蔽层与绝缘体会因为存在相对移动造成摩擦，产生静电荷，从而产生电缆噪声，同样的道理，电缆芯线与绝缘体也会因此而对测试产生干扰。
结构简单的电压放大器尽管，稳定性和线性度良好，电缆分布电容的存在会干扰电荷放大器，从而影响到灵敏度。
这些情况都会给测试工作带来较大麻烦，由此ICP 传感器应运而生[21]。
2.1.3 ICP传感器测试系统ICP（Integrated Circuits Piezoelectric）传感器本质就是内置了集成电路电荷放大器的压电传感器。
基于压电传感器振动测量及信号调理电路设计
目录目录-----------------------------------------------------------------------------1 摘要-----------------------------------------------------------------------------2一、方案设计-----------------------------------------------------------------------31.1.选择的传感器类型------------------------------------------------------------3 1.2.对传感器的分析---------------------------------------------------------------51.3.系统方案------------------------------------------------------------------------6二、理论分析-----------------------------------------------------------------------72.1.压电效应-------------------------------------------------------------8 2.2.压电晶片及其等效电路-------------------------------------------------8 2.3.压电式加速度传感器---------------------------------------------------102.4.压电式加速度传感器和放大器等效电路-----------------------------10三、电路设计：电路原理图及各部分分析-----------------------------------123.1.电荷放大器电路部分--------------------------------------------------------123.2.低通滤波器电路部分--------------------------------------------------------13四、实验-----------------------------------------------------------------------------134.1.实验目的------------------------------------------------------------------------134.2.实验步骤------------------------------------------------------------------------13五、数据分析-----------------------------------------------------------------------18六、误差分析------------------------------------------------------------------------19七、总结------------------------------------------------------------------------------20 参考文献-----------------------------------------------------------------------------21摘要本设计采用检测实验室的CSY-3000型传感器与检测技术实验台研究压电传感器振动测量及信号调理电路，最后通过双踪示波器观测波形来分析振动源的振动情况。
加速度信号调理电路设计及仿真
加速度信号调理电路设计及仿真张毅【摘要】To measure the acceleration transient signal with high precision in high shock environment test,the accelerator memory tester is developed based on the memory measurement method.Because piezoelectric acceleration sensor has some merits,such as high sensitivity,wide work range,high natural frequency,resisting shock,it is used to be sensor element.Charge sensitive amplifier,variable gain amplifier and filter circuit are designed.The conditioning circuit design and setting equations for resistance and capacitance parameters are introduced in detail.By the simulation analysis software ORCAD,the rational parameters are configured.The signal amplitude is reasonably controlled and effect on filter is clearly shown by simulation results,which shows the development of circuits is feasible and practical.%基于高冲击环境试验中对瞬态加速度信号的高精度测试需求,采用存储测试的方法设计了加速度存储测试仪。
压电加速度测试系统设计解读
课程设计说明书题目：压电加速度测试系统设计课程：工程测试技术院、系：机电工程学院学科专业：机械设计制造及其自动化学生：李崧伟，刘嘉豪学号： 14020111109，14020111111 指导教师：齐忠霞2016 年 6 月15号工程测试技术课程设计任务书（2015—2016学年第 2 学期）指导教师齐忠霞2016 年 6 月15 日目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统设计1.简介现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。
所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。
它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。
振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。
压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。
压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。
2.测试方案设计系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。
最后在PC端对实验数据进行处理并显示。
如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2工作原理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。
压电加速度传感器测量电路的研究与设计
压电加速度传感器测量电路的研究与设计首先，我们需要了解压电加速度传感器的工作原理。
压电加速度传感器由质量块、弹簧和压电片组成。
当传感器受到振动时，质量块会相对于弹簧发生位移，从而使压电片产生电荷。
这个电荷与振动的加速度成正比。
为了测量压电传感器的电荷输出，我们需要设计一个放大电路。
这个电路的作用是将传感器的微弱电荷信号放大到适合测量和处理的电压范围。
放大电路的设计是本研究的重点。
首先，我们需要选择适当的放大器。
由于压电传感器输出的是电荷信号，我们需要选择一个电荷放大器。
电荷放大器是一种特殊的放大器，能够将电荷信号转化为电压信号。
其次，我们需要考虑传感器的动态范围以及所需的精度。
根据具体的应用要求，我们可以选择不同的放大倍数和增益，以满足不同的测量需求。
另外，为了减小噪声干扰，我们可以在放大电路中添加滤波器。
滤波器能够消除掉高频噪声和杂散信号，从而提高传感器的测量精度。
最后，我们需要将放大的电压信号经过采样和处理，得到最终的加速度数值。
这一步可以通过微控制器或其他数字信号处理器来实现。
除了测量电路的设计，我们还可以在系统中加入温度补偿和自动校准的功能。
温度补偿可以消除传感器输出受温度变化的影响，提高系统的稳定性和准确性。
自动校准功能可以校正传感器的初始误差和漂移，保证测量的准确性和可靠性。
实际上，压电加速度传感器的测量电路设计还涉及到一些其他的技术细节，比如功率供应、信号处理和通信接口等。
根据具体的应用需求和系统要求，我们可以进行深入的研究和设计。
总之，压电加速度传感器的测量电路设计是一个复杂而关键的任务。
通过选择合适的放大器、滤波器以及其他的技术手段，我们可以设计出高性能、高精度的测量电路，满足各种应用的需求。
压电加速度测试系统设计-说明书大学论文
课程设计说明书题目：压电加速度测试系统设计工程测试技术课程设计任务书（2015—2016学年第2 学期）指导教师齐忠霞2016 年 6 月15 日目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统设计1.简介现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。
所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。
它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。
振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。
压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。
压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。
2.测试方案设计系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。
最后在PC端对实验数据进行处理并显示。
如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2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。
压电式加速度传感器信号调理设计
1．设计目的：
1掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；
2学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；
3掌握应用Protues等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性，完成压电加速度计的信号调理电路。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005
（5）潘永雄．电子线路C电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，2004
5．设计成果形式及要求：
提交内容：课程设计说明书（原理设计、PCB制作过程及电路仿真要在设计说明书详细说明）。
（3）对所设计的电路进行仿真；
（4）画出电路原理图与PCB版图；
（5）按照要求撰写设计说明书；
课程设计任务书
4．主要参考文献：
（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002
（2）张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004
（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005
压电式加速度传感器作为一种微型传感器其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。所以有必要对其输出电压进行信号调理。主要包括电源模块、放大模块、滤波模块等组成。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
（1）查阅相关资料，完成系统总体方案设计；
（2）完成系统硬件设计；
中北大学
课程设计任务书
2013/2014学年第2学期
学院：
仪器与电子学院学院
专业：
微电子学
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
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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。
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。
其主要电路由五部分组成，分别为电荷转换部分，适调放大部分，低通滤波部分，高通滤波和同相放大部分与积分器部分。
压电加速度传感器的组成框图如图1所示，原理如图2所示。
图1 加速度传感器的组成框图图2 压电加速度传感器原理图实际测量时，将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。
当待测物运动时，支座与待测物以同一加速度运动，压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用，在晶体的两个表面上产生交变电荷。
当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷与作用力成正比。
电信号经前置放大器放大，即可由一般测量仪器测试出电荷大小，从而得出物体支座的加速度。
低频信号采集系统是以低频信号的测量为主，具有较强通用性的，比较完整的低成本、高性能测试系统。
在硬件结构上，它主要由单片机、A/D转换器、采样保持器、多路开关和PC机组成。
在软件结构上，它主要由多路信号采集、数字滤波、采样频率调整、PC机与单片机通讯、数据实时动态显示和数据处理及保存等程序模块组成。
二、信号采集系统的总设计方案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转换。
具体转换过程：压电加速度传感器输出的是信号非常小的电荷信号，这种信号需要经过信号调理电路对其进行放大且滤波处理，实现电荷信号和电压信号的转换，并过滤掉干扰信号，因为计算机只能处理数字信号所以经由A/D转换器转换成数字信号。
再经过相关过程送及上位机，最后由LaVIEW软件读取、转换和显示信号。
硬件系统框图 3具体的采集系统的总体构成如图4图4：采集系统的总体结构在进行数据采样过程中，采集的一半为时域信号，而计算机是对数字信号进行处理的，故需要将信号经过各种调理器和转换器来转变成数字信号。
具体转换过程图4种可以看出：压电加速度传感器输出的为电荷信号，因为信号非常小，所以需要经过信号调理电路放大且滤波转换成可以测量的电压信号，并将一部分干扰信号滤波过滤，再经由A/D转换器，将模拟信号转变成计算机可以处理的数字信号。
三、信号采集系统分析1、电荷转换部分:电荷转换部分是整个电荷放大器的核心部分，这部分的作用是将压电传感器的输出电荷信号Q转换成电压信号V。
它是由运算放大器和反馈网络组成，同时为了保证电路的增益,反馈电容不能太大,考虑到压电加速度传感器的输出电荷量,反馈电容Cf一般不超过10000PF,但是反馈电容也不可以选的太小,一般Cf不小于100PF。
电路如图5所示：图5：电荷转换部分电路原理图参数确定：C1=220nF，C2=20pF,R1=2KΩ,R2=2KΩ。
放大器供电电源为：±15V。
2、适调放大部分这部分的作用是当被测非电量(加速度或速度)一定时,用不同灵敏度的传感器去测量时,有相同的输出,以便处理记录下来的图形和数据。
其电路原理图如图6所示：图6：适调放大电路原理图假定传感器的电荷灵敏度Sq=Qi/g,电荷转换部分的增益为Kq=Vi/Qi,适调部分的增益为Ki=Vo/Vi,则总的传递系数为三者的乘积:1I I I OQ Q I I f IQ V V Q V K S K K g Q V g C V ===3、低通滤波部分:压电加速度传感器的幅频特性的高频段有一个很高的共振峰,因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。
由于滤波器的阻抗频率特性没有随频率而极具改编的谐振性能,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。
我们采用的是二阶RC 有源滤波器,其电路原理图如图7所示:图7：低通滤波部分电路原理图4、输出放大部分：这部分电路包括两个部分：高通滤波和同相电压放大。
当Rf 一定时，在切换增益档位时，电流直流放大倍数变化很大，输出零点跳动较大，并且为了减少直流漂移影响，所以在低通滤波器后面又加了一个高通滤波器，将滞留部分去掉。
本设计的高通滤波器由一阶RC电路和运算放大器组成，其电路原理图如图8所示：图8：输出放大部分电路原理图5、积分器部分：压电加速度计的输出信号是代表加速度信号电压信号,将加速度电压信号积分后,会得到速度电压信号。
我们用积分器实现这一功能，无源RC积分电路衰减大，频率范围较窄，积分误差大，一般采用运算放大器组成的有源积分电路。
四、单片机软件设计单片机程序采用汇编语言编写，主要包括初始化程序“MAIN:和中断服务子程序“INTO”。
程序流程图如图10所示:图10：程序流程图“MAIN“初始化主程序主要用来对单片机的串行通信初始化和定时中断初始化。
串行通信初始化包括波特率，串口工作方式的初始化；定时中断初始化包括定时器的初始化和开中断。
对于本文所用51单片机，需要对定时器工作方式控制寄存器TMOD和串行控制寄存器SCON进行设置。
中断服务子程序“Into“包括数据采集模块”RD-AD“和数据传输模块”SEND“，根据TLC2543的顺序，在时钟的下降沿开始数据采集。
下面给出初始化程序段和中断服务程序段：MAIN: MOV TMOD,#21H ;MOV TH1,#OFDH ;MOV TL1,#OFDHMOV SCON,#50H ;SETB TR1MOV TH0,#OECHMOV TL0,#078HSETB TROSETB ETOSETB EASJMP $INTO: MOV TH0,#OECHMOV TL0,#078HAC ALL ADACALL SENDRETIAD: MOV R7, #8CLR CSCLR CKNOPSEYB CKNOPNOPCLR CKNOPNOPSETB CKNOPNOPLOOP: CLR CKMOV C, DORLC ASETB CKNOPNOPDJNZ R7,LOOPSETB CSMOV R5,ARETSEND: MOV A,R5MOV SBUF,AL2: JNB T1,L2CLK TIRETEND五、Multisim仿真分析1．仿真电路图仿真电路图如图11所示：图11:仿真电路原理图2.仿真波形及分析输入信号为方波，仿真波图形如图12所示：图12：仿真波形图仿真结果显示，输出波形为三角波，即输出输入满足积分运算关系。
当输入信号为正弦信号，波形图如图13所示：图13：仿真波形图仿真结果显示，输出波形也为正弦波，相位超前输入90度，即输出输入满足积分运算关系。
六、误差分析1、连接电缆的固定连接的电缆虽然是低噪音电缆，但若固定不当，也会产生一些噪音，电缆的机械运动会引起电缆电容和电荷的变化，主要是低频噪音，所以在实验室时应在传感器近端，把电缆固定，使电缆在传感器近端尽可能平直。
2、接地点选择当电荷放大器与压电加速度传感器，记录仪器组成测试系统时，往往由于接地点选择不当，引入很大的干扰，严重时使测量无法进行。
其原因是各点地电位不相等，如果在不同接触点与连接电缆间形成对地的回路电流，此电流就形成了一个干扰源。
因此测量系统最好只有一个接地点。
接地点位置的选择往往需要用实测方法决定，但一般来说最好选在记录和读出装置上。
3、湿度的影响环境湿度对压电式传感器性能的影响也很大。
如果其长期在高湿度的环境下工作，其绝缘电阻将会减小，低频响应变坏。
因此本设计的传感器尽量不要工作在高湿度的环境下。
4、环境温度的影响环境温度的变化对压电材料的压电系数和介电常数的影响都很大，它将使传感器灵敏度发生变化。
人工极化的压电陶瓷受温度的影响比石英的大的多，当温度低于400°C时，其压电系数和介电常数都很稳定。
七、改进措施由于上述磁电式速度传感器存在响应频率范围小，机械运动部件容易损坏，传感器质量大造成附加质量大等缺点，近年发展了，压电式速度传感器，即在压电式加速度传感器的基础上，增加了积分电路，实现了速度输出。
同样，这种传感器也全部实现了内置，具有替换磁电式速度传感器的趋向。
六、心得体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，也培养了我如何去做一件事情，在设计过程中，与同学相互探讨，相互学习，在老师和同学的帮助下，我把问题都一一解决了，谢谢老师和同学对我的帮助。
参考文献（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002（2）张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005（4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005（5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：西安电子科技大学出版社，2002 （6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，2004。