传感器课设加速度传感器

压电式加速度传感器电荷放大电路仿真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。但传统的电荷放大器电路设计存在设计复杂、价格较高、性价比不理想，严重影响了压电加速度的广泛使用。本文介绍了一种基于压电式加速度传感器的电荷放大器的设计及优化。为了增加传感器测量的灵活性本实验在传统电荷转换电路的基础上增加了放大增益选择电路，根据不同的测量需要可以进行智能调整，以达到提高性价比的目的。关键字：压电加速度传感器电荷转换电路增益选择电路低通滤波电路目录第一章电路结构设计思路TOC\o"1-5"\h\z设计框图2第二章电路原理及理论分析2.1压电加速度传感器介绍22.2压电加速度传感器等效电路4第三章实验电路设计3.1电路整体设计63.2各部分电路设计7第四章Multisim仿真及分析4.1仿真电路图104.2仿真波形及分析11第五章实验原件的选择5.1电荷转换电路原件的选择135.2增益选择电路原件的选择13第六章误差分析6.1连接电缆的固定136.2接地点的确定13参考文献13燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书--#-第五章实验原件的选择：一、电荷转换电路实验原件的选取：电荷转换电路是整个电荷放大器的核心部分，因此实验元件的选取就是电荷放大器电路设计的关键。从电荷放大器的基本原理的分析可知，要想在低频下，电路对压电传感器的输出有响应，理想情况下这部分电路的输入电阻应该无穷大。一般输入级多采用场效应晶体管，输入阻抗可以达到10次方Q。现在随着集成电路的发展，已出现集成了高阻抗输入级的运放，输入阻抗可达到12次方Q以上。高阻运放的出现使得在输入级可以不用再采用由场效应管组成的高阻电路来提升输入阻抗，这就简化了这部分电路的设计和调试，提高了这部分电路的集成度和性能，降低了设计成本。前几章对电荷放大器的理论推导中，基于的最基本条件就是运放具有高增益和高输入阻抗。电荷放大器的下限频率为Fl=l/2nRFCF,CF由输出电压及输入电荷范围确定。当CF—定时，要得到低频响应特性好的电路，理论上反馈电阻越大越好，但是偏置电流限制了反馈电阻不能过大，即运放选择时还要求具有非常小的偏置电流。输入电流经过估算为nA级，芯片的偏置电流应比它低一个数量级，考虑选择一款偏置电流为pA级的运算放大器。BB公司生产的0PA128集成芯片采用了最新集合形状的介质隔离场效应管输入级，所以其偏置电流极小(〈0.075PA)，输入阻抗极高，其共模输入阻抗达15次方Q。常规的场效应管输入型运放，其栅极与衬底之间采用了隔离PN结，为防止该PN结因过流而损坏,常需要在输入端引入保护措施，而0PA128因采用了介质隔离工艺，一般不需要专门的保护。另外由于该芯片采用了低噪声共源—共栅放大电路及有关的低噪声工艺，因而能放大极微弱的信号且其闪变噪声也相当小。综合上述特点，选用0PA128作为电荷放大电路的核心原件。二、增益选择电路的原件选取：由于整个电路的失调电压及漂移与第一级(电荷转换)有密切关系，电路的放大倍数主要由第一级决定。第二级的漂移和失调电压对整个电路的作用大大降低，但其共模抑制比CMRR对整个电路CMRR的影响很大。根据第二级在电路中承担的作用，第二级选用价格低廉性能优越的低漂移集成运放TL062°TL062是一个内部集成两个运算放大器的芯片，输入失调电压Vos=3mV，输入失调电流Ios=5pA,输入偏置电压IB=30pA,共模抑制比CMRR=86dB。第六章误差分析一、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。二、接地点的确定当电荷放大器、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。参考文献《传感器的理论与设计基础及其应用》单成祥国防工业出版社《压电式加速度传感器的结构改进与设计》叶伟国沈国伟绍兴文