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鋼球振動測量儀電氣系統(tǒng)的設(shè)計

作者: 時間:2013-09-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多功能強大的集成電路芯片,這些芯片往往可以將一個完整功能的電路集成到一個芯片上,或?qū)讉€相關(guān)功能的電路甚至整套的測控電路集成到一個芯片上。在現(xiàn)代儀器的開發(fā)設(shè)計中,應(yīng)盡可能地采用集成化器件。設(shè)計,充分采用了高集成度的芯片去簡化電路或電路設(shè)計,利用了集成;集成化真有效值、對數(shù)轉(zhuǎn)換器;集成函數(shù)發(fā)生器等,提高了儀器的性能,降低了成本。

1 工作原理

被測鋼球通過不同胎具固定在高精度主軸上旋轉(zhuǎn),加速度傳感器與被測鋼球表面接觸,并拾取鋼球表面因波紋而產(chǎn)生的微弱振動信號。此信號經(jīng)電荷放大器放大后,通過170~400Hz或400~800Hz帶通,再送至有效值、對數(shù)電路,最后經(jīng)表頭指示出被測鋼球的波紋振動值,其振動值的大小用分貝值度量。該儀器設(shè)有自校電路,其電路產(chǎn)生260Hz與520Hz正弦波信號,用于隨時校準。的測量原理如圖1所示。


圖1 電氣系統(tǒng)的測量原理框圖

2 主要單元電路的設(shè)計

2.1 前置放大電路

的拾振器為壓電式加速度型傳感器。該類傳感器的結(jié)構(gòu)形式有3種:周邊壓縮式、中心壓縮式及剪切式。從性能和經(jīng)濟的角度考慮,選用YD-12型中心壓縮式傳感器。該型傳感器的壓電片和質(zhì)量塊與外殼隔離,對基座應(yīng)變引起的誤差和橫向靈敏度均較小,比周邊壓縮式傳感器的抗環(huán)境干擾能力強。

與壓電元件配套的測量電路的前置放大器電路有兩種形式:一是用電阻反饋的電壓放大器,其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比;另一種是帶電容反饋的電荷放大器,其輸出電壓與輸入電荷成正比。電壓放大器與電荷放大器相比,電路簡單,但易受外界干擾影響,并且電纜分布電容對傳感器測量精度影響很大,而電纜的分布電容量則與導線種類和長度有關(guān),在測量中如果更換電纜,則必須對前置放大器的倍率重新進行調(diào)整;電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比,對電纜長度變化的影響幾乎可以忽略不計,所以在此測量系統(tǒng)中采用電荷放大器作為前置放大電路。電荷放大器是一個高增益的電容反饋放大器,其基本電路如圖2所示,虛線框內(nèi)為傳感器等效電路。


圖2 電荷放大器基本電路框圖

輸出幅值

式中 
Q-傳感器電荷量
Ca-傳感器電容量
Ra-傳感器阻值
Cf-電荷放大器反饋電容
Rf-電荷放大器反饋電阻
A-運算放大器的增益

輸出電壓取決于Q和Cf。為了得到必要的測量精度,要求Cf的溫度和時間穩(wěn)定性要好。

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