第5章电动势传感器资料

1、第第5 5章章 电动势式传感器电动势式传感器 本章包含三部分内容：本章包含三部分内容：5.1 5.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器5.2 5.2 霍尔传感器霍尔传感器5.3 5.3 压电式传感器压电式传感器5.1 5.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器 简称简称感应式感应式传感器，也称传感器，也称电动式电动式传感器。传感器。 利用利用磁电作用磁电作用将被测物理量的变化转变为感应电动势，是将被测物理量的变化转变为感应电动势，是一种机电能量变换型传感器。一种机电能量变换型传感器。 优点优点：输出功率大，性能稳定，且不需要工作电源。输出功率大，性能稳定，且不需要工作电源。调理电路简单，调理电路

2、简单，性能稳定，输出阻抗小，具有一定频性能稳定，输出阻抗小，具有一定频率响应（一般率响应（一般101010001000HzHz），灵敏度较高，一般不需灵敏度较高，一般不需要高增益放大器。要高增益放大器。 缺点缺点：传感器的尺寸和重量都较大。：传感器的尺寸和重量都较大。 应用应用：适用于振动、转速、扭矩等测量。：适用于振动、转速、扭矩等测量。5.1.1 5.1.1 工作原理工作原理N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势通变化时，线圈中所产生的感应电动势e的大小决定于穿过线的大小决定于穿过线圈的磁通量圈的磁通

3、量的变化率，即：的变化率，即： 如如:当线圈垂直于磁场方向运动以速度当线圈垂直于磁场方向运动以速度 v切割磁力线时，切割磁力线时，感应电动势为：感应电动势为：=Nd/dt式中：式中：l每匝线圈的平均长度；每匝线圈的平均长度； B线圈所在磁场的磁感应强度。线圈所在磁场的磁感应强度。=NBlv 引起引起d/dt 变化的因素：变化的因素： 线圈切割磁力线线圈切割磁力线-恒定磁通式恒定磁通式（动圈式和动铁式）；（动圈式和动铁式）； =BS，磁场强度，磁场强度B改变改变-变磁通式变磁通式（磁阻式）。（磁阻式）。磁磁电电感感应应式式动圈式动圈式磁磁阻阻式式线速度型线速度型角速度型角速度型N变变磁磁通通式式

4、恒恒定定磁磁通通式式动磁式动磁式闭磁路闭磁路开磁路开磁路5.1.2 5.1.2 磁电感应式传感器的类型磁电感应式传感器的类型 下图下图(b)(b)为为闭磁路闭磁路变磁通式传感器结构示意图，被测转轴变磁通式传感器结构示意图，被测转轴带动椭圆形测量齿轮在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长带动椭圆形测量齿轮在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性变化，因而磁路磁阻也周期性变化，磁通同样周期度周期性变化，因而磁路磁阻也周期性变化，磁通同样周期性变化，则在线圈中产生感应电动势，其频率性变化，则在线圈中产生感应电动势，其频率f f与测量齿轮转与测量齿轮转速速n n(r/min)(r/min)成正比，即成正

5、比，即f=n/30f=n/30。 图图(a)(a)为为开磁路开磁路变磁通式传感器结构示意图，变磁通式传感器结构示意图，1 1、变磁通式磁电传感器、变磁通式磁电传感器测速测速电机电机磁电式车速传感器磁电式车速传感器磁阻式传感器磁阻式传感器 图图5.35.3和图和图5.45.4分别为动圈式和动磁式的结构原理图。分别为动圈式和动磁式的结构原理图。 组成：金属骨架组成：金属骨架1 1、弹簧、弹簧2 2、线圈、线圈3 3、永久磁铁、永久磁铁4 4和导磁壳体和导磁壳体5 5等。等。 特征：这种结构磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路气隙不特征：这种结构磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路气隙不变，气隙中磁通也不变

6、，运动部件可以是磁铁，也可以是线圈。变，气隙中磁通也不变，运动部件可以是磁铁，也可以是线圈。两者工作原理完全相同。两者工作原理完全相同。图图5.3 5.3 动圈式动圈式NS12345图图5.4 5.4 动动铁（磁）式铁（磁）式2 2、恒定磁通式磁电传感器、恒定磁通式磁电传感器 图图5.35.3。当线圈在垂直于磁场方向作直线运动时，。当线圈在垂直于磁场方向作直线运动时，若线圈相对磁场的运动速度为若线圈相对磁场的运动速度为v v，则所产生的感应电则所产生的感应电动势：动势： e =B l v式中：式中： l 每匝线圈的平均长度；每匝线圈的平均长度； B 线圈所在磁场的磁感应强度；线圈所在磁场的磁感

7、应强度； 线圈线圈有效匝数有效匝数 。 当传感器结构参数确定后，当传感器结构参数确定后，B、l、N均为定值，均为定值，故感应电动势故感应电动势e e与线圈相对运动速度与线圈相对运动速度v v成正比，所以这成正比，所以这类传感器的基本形式是类传感器的基本形式是速度型速度型传感器，能传感器，能直接测量线直接测量线速度速度。5.1.3 5.1.3 特性分析特性分析 磁电感应式传感器是惯性式拾振器，适用于测磁电感应式传感器是惯性式拾振器，适用于测量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要性能。其等效电路如下性能。其等效电路如下(L(L传感器线圈电感、线圈电

8、阻传感器线圈电感、线圈电阻) )若在其测量电路中接入积分电路或微分电路，若在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量那么还可以用来测量位移位移或或加速度加速度。由上述工作原。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量动态测量。 1 1、磁电式振动速度传感器、磁电式振动速度传感器 CD/BCD-21系列利用线圈在永久磁场中作切割磁力线运动，系列利用线圈在永久磁场中作切割磁力线运动，产生与振动速度成正比的电压信号。经放大，微分或积分运算可产生与振动速度成正比的电压信号。经放大，微分或积分运算可测振动速度、加速度或位移。灵敏度高难度、内阻低。在

9、机械振测振动速度、加速度或位移。灵敏度高难度、内阻低。在机械振动测试中被广泛采用。为使用方便，配有动测试中被广泛采用。为使用方便，配有CZ-3CZ-3磁座。磁座。 5.1.4 磁电感应式传感器应用磁电感应式传感器应用 型号CD-1CD-2CD-4CD-7-CCD-7-SCD-8-FCD-21-2-CCD-21-2-SBCD-21灵敏度mv/m600300600600，600020200,280290频率范围Hz10500250023000.5202500101000101000最大可测位移1mm1.5mm7.5mm6mm1mm1mm最 大 可 测加速度m/s250100100，所以上式可简化为

10、：所以上式可简化为： r R00合理选取负载电阻合理选取负载电阻R RL L的阻值的阻值UR0LRHUL 当霍尔元件接有负载当霍尔元件接有负载R RL L时，如右图示，时，如右图示，在在R RL L上的上的电压为：电压为：)T(T1RR)T(T1URURRRU0O0L0H0LHttLLL式中：式中：R RO 0O 0-温度温度T=TT=T0 0时，霍尔元件的输出电阻；其他符号含义如前相时，霍尔元件的输出电阻；其他符号含义如前相同。为使负载上的电压不随温度而变化，应使同。为使负载上的电压不随温度而变化，应使dUdUL L/d(T/d(TT T0 0) )0 0，即：即：）（5.18 1)( RR

11、O0L采用恒压源和输入回路串联电阻采用恒压源和输入回路串联电阻 当霍尔元件采用当霍尔元件采用稳压电源供电稳压电源供电，且霍尔元件输出开，且霍尔元件输出开路状态下工作时，可在输入回路中路状态下工作时，可在输入回路中串入适当的电阻串入适当的电阻来补来补偿温度误差。其分析过程与结果同式（偿温度误差。其分析过程与结果同式（5.175.17）。）。ItRtUHt，RtIUHt，Rt电阻丝霍尔元件的输出具有正温度系数t，UHUHItRtRttUHRLa)输入回路串接热敏电阻c)输出端串接热敏电阻d)输入端并接热敏电阻图5-11 采用热敏元件的温度误差补偿电路b)输入回路并接电阻丝采用温度补偿元件采用温度补

12、偿元件（如热敏电阻、电阻丝等）（如热敏电阻、电阻丝等） 图图a)a)、b)b)、c)c)为霍尔元件具有为霍尔元件具有负温度系数负温度系数（温度升高，（温度升高，输出减小）时的补偿电路。输出减小）时的补偿电路。 图图d)d)为霍尔元件具有为霍尔元件具有正温度系数正温度系数时的补偿电路。时的补偿电路。采用桥路补偿电路采用桥路补偿电路 图中图中R RP P用来补偿不等位电势，用来补偿不等位电势， R RX X是是热敏电阻热敏电阻，在霍尔元件输出，在霍尔元件输出端串接温度补偿电桥。端串接温度补偿电桥。 若将霍尔元件与放大电路、温度补偿电路等集成在一起制成集成若将霍尔元件与放大电路、温度补偿电路等集成在

13、一起制成集成霍尔传感器，则性能优良、使用方便、体积小、成本低，输出功率大霍尔传感器，则性能优良、使用方便、体积小、成本低，输出功率大和输出电压高，应用比较广泛。和输出电压高，应用比较广泛。 桥路输出随温度变化的补桥路输出随温度变化的补偿电压，与霍尔元件输出的电偿电压，与霍尔元件输出的电压相加作为传感器的输出。压相加作为传感器的输出。5.2.5 5.2.5 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用 霍尔元件具有结构简单、体积小、重量轻、霍尔元件具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽、动态特性好和寿命长等许多优点，因频带宽、动态特性好和寿命长等许多优点，因而得到广泛应用。而得到广泛应用。 在电磁测量中，用它

14、测量恒定或交变在电磁测量中，用它测量恒定或交变磁感磁感应强度应强度、有功功率有功功率、无功功率无功功率、相位相位、电能电能等等参数；在自动检测系统中，多用于参数；在自动检测系统中，多用于位移位移、压力压力和和转速转速测量。测量。 图图5.20 UGN3501M5.20 UGN3501M内部框图内部框图 图图5.215.21 霍尔磁感应强度测量电路霍尔磁感应强度测量电路电压表电压表 稳压1 1、霍尔磁感应强度测量仪、霍尔磁感应强度测量仪 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材小与流过导线的电

15、流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。2 2、霍尔传感器测电流、霍尔传感器测电流(a)(a)图5.23 霍尔开关电子点火器霍尔传感器磁钢图图5.22 5.22 数显霍尔电流表数显霍尔电流表2 2、霍尔传感器测电流、霍尔传感器测电流(b)ICIC1 1为为A/DA/D转换器转换器, ,内含液晶显示驱动电路。内含液晶显示驱动电路。3 3、霍尔开关电子点火器、霍尔开关电子点火器图图5.23 5.23 霍尔开关电子点火器霍尔开关电子点火器 霍尔传感器 磁钢4 4、霍尔元件在直流无刷电机中的应用、霍尔元件在直流无刷电机中的应用图图5.24

16、 5.24 直流无刷电机霍尔开关电子换向直流无刷电机霍尔开关电子换向H1H4为开关型霍尔元件为开关型霍尔元件5、霍尔传感器测位移6、汽车速度测量5.3 5.3 压电式传感器压电式传感器n压电式传感器的工作原理是以某些晶体材压电式传感器的工作原理是以某些晶体材料的料的压电效应压电效应为基础，在外力作用下，在为基础，在外力作用下，在晶体材料的表面上能产生电荷，从而实现晶体材料的表面上能产生电荷，从而实现非电量转换和测量。非电量转换和测量。n压电传感元件是压电传感元件是力敏感元件力敏感元件，所以它能测，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度

17、等。压力、加速度等。n压电式传感器具有压电式传感器具有许多优点许多优点：体积小、结构简：体积小、结构简单，固有频率高、响应频带宽、灵敏度和信噪单，固有频率高、响应频带宽、灵敏度和信噪比高。近年由于电子技术的发展，与之配套的比高。近年由于电子技术的发展，与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。应用。n缺点

18、缺点：一般：一般无静态输出无静态输出，要求测量电路有高输，要求测量电路有高输出阻抗、电缆电容要低等，工作温度较低出阻抗、电缆电容要低等，工作温度较低250250。5.3.1 压电效应与压电材料压电效应与压电材料n正压电效应正压电效应-某些晶体（压电材料）（如石英某些晶体（压电材料）（如石英sio2，钛酸钡钛酸钡等），在受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极等），在受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场，当外力去掉，表面又恢复到化，表面上有电荷出现，形成电场，当外力去掉，表面又恢复到原来状态的现象。具有这种性质的材料称为压电材料。原来状态的现象。

19、具有这种性质的材料称为压电材料。 逆压电效应逆压电效应机械能机械能正压电效应正压电效应电能电能n逆压电效应逆压电效应（电致伸缩效应）（电致伸缩效应）-若把压电材料放置在电场中，若把压电材料放置在电场中，则在一定方向上其几何尺寸发生变形；当外电场撤去，该电场随则在一定方向上其几何尺寸发生变形；当外电场撤去，该电场随之消失。这种现象称为逆压电效应。之消失。这种现象称为逆压电效应。n所以说压电传感器是一种可逆型换能器。机械能所以说压电传感器是一种可逆型换能器。机械能电能。电能。 自然界大多数晶体材料都具有压电效应，作为敏感材自然界大多数晶体材料都具有压电效应，作为敏感材料，主要考虑以下性能：料，主要

20、考虑以下性能：压电常数压电常数d d大大；机械强度、刚度高机械强度、刚度高；高电阻率高电阻率和和大介电系数大介电系数；具有；具有较高的居里点较高的居里点（压电效应不（压电效应不明显时的温度）；对明显时的温度）；对时间稳定性好时间稳定性好，等。，等。目前有四类可供选择的压电材料：目前有四类可供选择的压电材料： 单晶体（单晶体（压电单晶体压电单晶体） 多晶体（多晶体（压电陶瓷压电陶瓷） 压电半导体材料压电半导体材料 有机高分子压电材料有机高分子压电材料ZXY(a)(b)石英晶体石英晶体( (a a) )理想石英晶体的外形理想石英晶体的外形 ( (b b) )坐标系坐标系ZYX石英晶体石英晶体具有压

21、电效应，是由其内部结构决定的。具有压电效应，是由其内部结构决定的。天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中：中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中： 轴轴-机械轴机械轴。在电场中，。在电场中，沿该轴机械变形最明显；沿该轴机械变形最明显； 轴轴-称为称为电轴电轴，垂直此轴的面上，压电效应最强，垂直此轴的面上，压电效应最强； 轴轴-中性轴中性轴，该方向无压，该方向无压电效应，用光学方法确定该轴，电效应，用光学方法确定该轴，故称为故称为光轴光轴。图图5.26 5.26 石英晶体的切片石英晶体的切片 通常把沿

22、电轴通常把沿电轴X X方向的力作用下产生电荷的压电效应方向的力作用下产生电荷的压电效应称为称为“纵向压电效应纵向压电效应”，而把沿机械轴，而把沿机械轴Y Y方向的力作用下方向的力作用下产生电荷的压电效应称为产生电荷的压电效应称为“横向压电效应横向压电效应”。 晶体的许多特性取决于晶体的方向。为了利用石英晶体的许多特性取决于晶体的方向。为了利用石英晶体的压电效应，需将晶体沿一定方向切割成晶片。方晶体的压电效应，需将晶体沿一定方向切割成晶片。方法很多，常用的是法很多，常用的是X X切和切和Y Y切。切。 X X切切xSOZXYY Y切切 石英晶片受压力或拉力时，电荷的极性如下图所示。石英晶片受压力

23、或拉力时，电荷的极性如下图所示。 a) b) c) d)a) b) c) d)图图5.27 5.27 晶片受力方向与电荷极性的关系晶片受力方向与电荷极性的关系 切切：厚度边：厚度边/X/X轴，长度边轴，长度边/Y/Y轴，宽度边轴，宽度边/Z/Z轴。轴。切切：厚度边：厚度边/Y/Y轴，长度边轴，长度边/X/X轴，宽度边轴，宽度边/Z/Z轴。轴。多晶体多晶体（压电陶瓷）（压电陶瓷） 压电陶瓷属于铁电体物质，是人工制造的多晶压电材料。将原料压电陶瓷属于铁电体物质，是人工制造的多晶压电材料。将原料粉碎、碾磨和成型，在粉碎、碾磨和成型，在10001000以上烧结而成。它具有类似铁磁材料磁以上烧结而成。它

24、具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方畴结构的电畴结构。电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从而存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶体上杂向，从而存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的压电陶瓷内极化强乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的压电陶瓷内极化强度为零，见图（度为零，见图（a a）。）。 (a)极化处理前(b)极化处理中(c)极化处理后 剩余极化强度直流电场直流电场E E剩余伸长电场作用下的伸长n机械能与电能转换关系用机械能与电能转换关系用压电方程压电方程来描述。

25、压电方程。来描述。压电方程。有多种形式，常用的形式为：有多种形式，常用的形式为： d F (5.19) (5.19)式中：式中：F-F-压电元件所受外力；压电元件所受外力； Q-Q-相应表面产生的电荷。相应表面产生的电荷。 d-d-压电系数（与压电材料、切面方向有关）压电系数（与压电材料、切面方向有关） 此式的物理表现为：当压电元此式的物理表现为：当压电元件受到外力件受到外力F F作用时，在相应的表面作用时，在相应的表面会产生电荷。会产生电荷。5.3.2 5.3.2 工作原理工作原理 沿一定的方向，将压电晶体切成一定尺寸的长方体，表沿一定的方向，将压电晶体切成一定尺寸的长方体，表面再镀上金属膜

26、，如图面再镀上金属膜，如图5.285.28，这便形成了常用压电式传感器，这便形成了常用压电式传感器的敏感元件的敏感元件-压电晶片压电晶片。 当压电晶片受到压力的作当压电晶片受到压力的作用时，分别在两个极板上积聚用时，分别在两个极板上积聚数量相等而极性相反的电荷。数量相等而极性相反的电荷。因此，压电传感器可以看作是因此，压电传感器可以看作是一个一个电荷发生器电荷发生器，也可以看成，也可以看成是一个是一个电容器电容器。式中：式中：h h压电片厚度；压电片厚度； S S 极板面积；极板面积； 相对介质介电常数；相对介质介电常数； 0 0 真空中的介电常数，其值为真空中的介电常数，其值为8.88.85

27、 51010-12-12 F/mF/m； r r 压电材料的相对介电常数，随材料不同而变。压电材料的相对介电常数，随材料不同而变。0rassChh 其电容量其电容量a a为为: :这样，可把压电晶片等效成一个与电容相并联的这样，可把压电晶片等效成一个与电容相并联的电荷源电荷源，图图5.29a5.29a，也可以等效为一个，也可以等效为一个电压源电压源，UaUa=Q/Ca=Q/Ca，图，图5.29b5.29b。QCaua=Q/Cau0Caua=Q/Caa)a)电荷源电荷源 b)b)电压源电压源 图图5.29 5.29 压电晶片的等效电路压电晶片的等效电路 压电传感器与测量仪表联接时，还必须考虑压电

28、传感器与测量仪表联接时，还必须考虑电缆电容电缆电容C CC C，放大器的放大器的输入电阻输入电阻R Ri i 和和输入电容输入电容C Ci i以及传感器的以及传感器的泄漏电阻泄漏电阻R Ra a。下图画出了压电传感下图画出了压电传感器完整的等效电路。器完整的等效电路。a)a)电荷源电荷源 b)b)电压源电压源 图图5.30 5.30 压电晶片测试系统的等效电路压电晶片测试系统的等效电路 Ua2,2QQUUCC 实际设计中，压电晶片常用两片或多片组合在一起使用。实际设计中，压电晶片常用两片或多片组合在一起使用。由于压电材料是有极性的，因此存在并联和串联两种接法。由于压电材料是有极性的，因此存在并

29、联和串联两种接法。并联接法并联接法（如图（如图a） 特征：两压电晶片的结构形式不同，上、下两极板通过特征：两压电晶片的结构形式不同，上、下两极板通过导线连接，两片晶片中间一般加铜片或银片作为引出电极。导线连接，两片晶片中间一般加铜片或银片作为引出电极。 并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以适用于测量缓变信号，并以电荷量电荷量作为输出的场合。作为输出的场合。,2,2CQQUUC串联接法串联接法（如图（如图b b） 特征特征：两压电晶片的结构形式相同，引线分别从两片压电：两压电晶片的结构形式相同，引线分别从两片

30、压电晶片引出。上晶片负电荷和下晶片正电荷相消。晶片引出。上晶片负电荷和下晶片正电荷相消。 串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压电压作为作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。另外需注意：压电元件在压电式传感器中，必须有一定的预另外需注意：压电元件在压电式传感器中，必须有一定的预应力，这样可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，应力，这样可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，同时也保证了压电片的输出与作用力的线性关系。同时也保证了压电片的输出与作用力的线性关系。 5.3.3 5.3.3 测量电路测量

31、电路 压电式传感器的内阻很高，输出电信号很微弱，通常应把传感器信压电式传感器的内阻很高，输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的号先输入到高输入阻抗的前置放大器前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。后续显示仪表中。 压电传感器要求测量电路的前级输入端要有足够高的阻抗，这样才压电传感器要求测量电路的前级输入端要有足够高的阻抗，这样才能防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。能防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。 前置放大器有两个前置放大器有两个作用作用：把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；：把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；把传感器的

32、微弱信号进行放大。把传感器的微弱信号进行放大。 用于压电传感器的前置放大器也有两种形式：用于压电传感器的前置放大器也有两种形式：电压放大器电压放大器：其输出电压与输入：其输出电压与输入电压电压（传感器输出电压）成正比；（传感器输出电压）成正比；电荷放大器电荷放大器：其输出电压与输入：其输出电压与输入电荷电荷（传感器输出电荷）成正比。（传感器输出电荷）成正比。、电荷放大器、电荷放大器 电荷放大器实际上是一个具有反馈电容的高增益运算放电荷放大器实际上是一个具有反馈电容的高增益运算放大器。下图是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路。图大器。下图是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路。图中中C CF

33、F 和和R RF F 分别为放大器的反馈电容、电阻。分别为放大器的反馈电容、电阻。图图5.32 5.32 压电传感器与电荷放大器连接等效电路压电传感器与电荷放大器连接等效电路当运算放大器的当运算放大器的放大倍数足够大放大倍数足够大，而且当，而且当工作频率足工作频率足够高够高时，输出电压为：时，输出电压为： U0Q/CF （5.215.21） 输出电压输出电压U0只取决只取决于于Q和和CF。压电元件本身的电容大小和压电元件本身的电容大小和电缆长短将不影响电缆长短将不影响或极少影响或极少影响电荷放大器的输出电荷放大器的输出-这就是电荷放大器的突出优点之一。这就是电荷放大器的突出优点之一。不加证明，直接给出电荷放大器的另一个优点：电荷放不加证明，直接给出电荷放大器的另一个优点：电荷放大器的低频截止频率是电压放大器的大器的低频截止频率是电压放大器的1/A1/A，而，而A A较大，显然较大，显然电电荷放大器的低频截止频率远比电压放大器低很多荷放大器的低频截止频率远比电压放大器低很多。uaCaCcCiRaRiR1R2+-uaCaCRui a) b)a) b) 压电传感器接电压放大器的等效电路压电传感器接电压放大器的等效电路、电压放大器、电压放大器 压电传感器接电压放大器