壓電傳感器前置放大電路分析
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
為了擴(kuò)展傳感器的低頻響應(yīng)范圍，就必須提高測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)τ。這樣，壓電傳感器接入電壓放大器后的電壓靈敏度S定義為：
顯然，增大測(cè)量回路的電容來(lái)提高時(shí)間常數(shù)τ，則會(huì)影響電壓靈敏度S，通常用增加電阻R來(lái)提高時(shí)間常數(shù)，為此，應(yīng)選擇輸入電阻非常高的電壓放大器。
另外，當(dāng)傳感器與電壓放大器之間的電纜長(zhǎng)度改變時(shí)，電纜分布電容Cc將發(fā)生改變，電壓靈敏度S也隨之改變，因此使用時(shí)必須規(guī)定電纜的型號(hào)和長(zhǎng)度。若要更換電纜，還必須重新標(biāo)定和計(jì)算靈敏度，否則將會(huì)引入測(cè)量誤差。目前，這種方式主要適合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)際工程應(yīng)用的相對(duì)較少。
2．2．2 電荷放大器
圖4所示是壓電傳感器與電荷放大器連接的等效電路。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/175827.htm
事實(shí)上，壓電傳感器也相當(dāng)于一個(gè)電荷發(fā)生器，若產(chǎn)生的電荷為Q，Ca為傳感器的極間電容，Ra為傳感器的內(nèi)部電阻，Cc為電纜電容，Ri為放大器的輸入電阻，Ci為放大器的輸入電容，Cf為放大器的反饋電容，Rf為放大器的反饋電阻，運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為A(由于Ra與Ri很大，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì))，那么，由電路可知(反相輸入)：
uo=-Aui (11)
作用在反饋電容兩端的電壓為：
ucf=ui-uo=ui-(-Aui)=(1+A)ui (12)
設(shè)充到電容Ca、Cc、Ci、Cf上的電荷分別為Qa、Qc、Qi、Qf，則有：
Q=Qa+Qc+Qi+Qf=ui[Ca+Cc+Ci+Cf(1+A)] (13)
所以：
式中，Sq為加速度傳感器的靈敏度(電荷靈敏度)，a為所測(cè)的加速度。
由上面的分析可以看出，電荷放大器的輸出電壓僅與加速度傳感器的電荷靈敏度系數(shù)Sq和反饋電容Cf有關(guān)，連接電纜的電容對(duì)輸出電壓的影響極其微小。這種方式是目前壓電傳感器的主要的信號(hào)放大方式，被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表和實(shí)際工程中。
3 結(jié)語(yǔ)
壓電傳感器是動(dòng)態(tài)測(cè)試的重要工具，由其產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信號(hào)極其微弱，所以在用一般的測(cè)試儀表對(duì)其進(jìn)行測(cè)試以前必須進(jìn)行放大，否則傳感器所檢測(cè)到的信號(hào)就無(wú)法得到。通過(guò)本文的分析可知，用于壓電傳感器的前置放大電路有兩種，即電壓放大和電荷放大，這兩種放大方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。電壓放大器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是受電纜的影響大；而電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)是與電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，因而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電荷放大器的這些缺點(diǎn)可以克服，所以，電荷放大器將成為壓電傳感器的主要前置放大器。
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評(píng)論