PVDF压电传感器信号调理电路的设计.pdf
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PVDF压电传感器信号调理电路的设计.pdf
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1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/第卷第期增刊年月仪表学报器仪压电传感器信号调理电路的设计王庆锋吴斌宋吟蔚何存富北京工业大学机电学院北京摘要设计压电传感器信号调理电路,详细介绍前置放大、工频陷波和低通建波电路的设计原理。
利用数字示波器对压电传感器信号调理电路进行测定。
试验结果表明设计的信号调理电路工作稳定可靠、重复性好、噪声小,抗干扰能力强,工频及工频倍频陷波效果明显,信号处理实时、准确,压电传感器能够用于工业现场信号检测。
关扭词信号调理前放大器工频陷波器艺夕夕,砚万,眼,已”。
印卯呀习滩而而祀。
闪几记田坦听毛田川信号的放大、滤波、电荷电压的转换。
引言前放大电路前置放大电路有两个作用一是实现阻抗变换,把传感器输出电荷量很小、内阻抗十分高、抗压电元件的高输出阻抗变换为低阻抗输出二是实现电磁干扰能力较差,要把来自传感器的模拟信号变换信号放大。
压电传感器压电晶片电容值较为数字信号必须进行信号调理。
目前国内压电晶体型小产生的电荷量很小、压电晶片的漏电阻很传感器信号调理装置大多数采用集成运算放大器及电高内阻抗十分高,所以传感器必须和高输人阻抗容、电阻等元件搭建,电路具有集成度低、电路复杂、稳的前置放大器配合使用才能有效的检测并输出信号。
定性较差、噪声大等问题。
为克服传统信号调理电是美国公司生产的具有超低噪声、高路上述缺点,研制了以集成芯片、速场效应管输入型放大器,优化的内部补偿结构使它为核心元器件的传感器信号调理电具有高增益、频带宽和转换速率快等特性,高达路,该电路工作稳定可靠、重复性好、噪声小,抗干扰能的输人阻抗非常适合作为压电传感器的前里放力强,工频及工频倍频陷波效果明显,信号处理实时、大器川。
准确,能够用于工业现场压电传感器信号检测。
工频及倍频陷波电路实践证明压电传感器极易受电磁干扰,其信号调理电路中和干扰最为明显。
压电传感器信号调理电路采用了以集成芯片为核心器件传感器信号调理电路主要由前置放大器、的陷波器来抑制或消除工频及其倍频干扰信号。
工频及工频倍频陷波器、低通滤波器等部分组成,完成是美国公司生产1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/仪器仪表学报第卷的一种阶椭国陷波器,它具有如下特点陷波中心频率可以通过外部晶振设响应特性只需要调整引脚极性无箱其他外部元器件设,可分别设定陷波带宽、衰减幅度、时钟和陷波中心频率比值等参数低通泣波公压电传感器的频率响应曲线或电导曲线常表现出高的尖峰,当动态力作用于传感器时,唯一的阻尼源是材料的内摩擦力,因此传感器工作频率必须远低于机械谐振频率并且其输出信号需低通滤波。
美国公司生产的半导体集成芯片系列可实现低通、带通、商通滤波的功能。
采用芯片,只需要在引脚和之间外接电容,通过改变电容值可实现不同滤波器截至频率川。
图信号调理后的声发射信号图压电传感器信号调理电路原理图阻抗匹配和伯号调理电路压电传感器信号调理电路其前放大器、1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
/第期增刊压电传感器信号调理电路的设计和陷波器和低通滤波器的电路连接必须符合阻抗匹配要求。
图所示,为优化的】响应特性和响应特性,减少偏置电流误差和响应误差达到超低噪声性能的要求,前置放大电路设计需平衡输人源电阻电阻和电抗,要求和传感器压电晶片的电容值相等输人端口接传感器,二二。
和。
取值远小于,前置放大增益值为。
设计的压电传感器输出阻抗值为吕数量级,前置放大器输人阻抗高达数量级,压电传感器的输出阻抗和前置放大器的输人阻抗能够达到很好的阻抗匹配。
前置放大器输人阻抗越高,传感器的最小分辨频率越低、传感器输出信号信噪比越高。
前置放大器的输出阻抗一般很小,和陷波器的输人阻抗大于,前置放大器和陷波器阻抗匹配良好。
滤波器输入阻抗为,和陷波器的输出阻抗很低,二者阻抗匹配符合要求。
调理实验平台。
压电传感器接受随机声发射信号,经过信号调理器使传感器输出电压信号在数字示波器上显示,并通过串口通讯把数据存储传输到计算机,然后利用软件对信号进行处理实现信号的重现和分析。
图、所示,随机声发射信号经过信号调理后前置放大增益约为工频及其倍频抑制效果明显。
结论基于高输出阻抗压电传感器信号调理的播要,研制以集成芯片、一。
为核心元器件的信号调理电路,该电路搭建容易、集成度高。
实验结果表明信号调理电路具有噪声低、信噪比高、工频及其倍频陷波效果明显、重复稳定性好等优点,能够广泛应用于相关信号检测领域,习勺实验实例门工八几设计压电传感器,其源阻抗容抗和阻抗约为,按图设计信号调理器。
利用稳压电源、数字示波器、数字信号发生器、计算机搭建压电传感器信号参考文献李刚,林凌高共模抑制比前放大器【,、,。
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