電荷放大器簡介
1.多數(shù)傳感器的感應部分能將機械量轉變成微弱的電荷量Q,而且輸出阻抗Ra極高。而通過適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。Ca 配接傳感器自身電容一般為數(shù)千pF,1/2 RaCa決定傳感器低頻下限。
Cc 傳感器輸出低噪聲電纜電容。一般采用的導線值為100-300pF/米。
Ci 運算放大器A1輸入電容典型值3pF 。
2.電荷變換級A1,采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運算放大器。反饋電容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。根據(jù)米勒定理,反饋電容折合到輸入端的有效電容量是C =(1 K)Cf1。其中K為A1開環(huán)增益典型值為120dB,即106倍。Cf1取100pF最小時C約為108pF。假設傳感器輸入低噪聲電纜長度為1000米,則Cc為95000pF。假設傳感器Ca為5000pF,則CaCcCiC并聯(lián)后CaCcCi總電容約為105pF,三者總電容與C相比105pF/108pF = 1/1000。換句話說5000pF自身電容的傳感器輸出電纜1000米,折合到反饋電容也只影響Cf1 0.1%的精度,而電荷變換級的輸出電壓為傳感器輸出電荷Q / 反饋電容Cf1,因此也只影響輸出電壓0.1%的精度。
電荷變換級的輸出電壓為Q / Cf1,所以當反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時,其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
3.低通濾波器
以A3為核心組成二階巴特沃斯有源濾波器,元件少,調節(jié)方便,通帶平坦,可有效地消除高頻干擾信號對有用信號的影響。
4.高通濾波器
二階無源高通濾波器可有效地抑制低頻干擾信號對有用信號的影響。
5.末級功放
以A4為核心組成增益,輸出短路保護精度高。
6.程控和面板控制參數(shù)
為了實現(xiàn)對靈敏度、濾波常數(shù)的調整,我們設計了利用USB接口的計算機程控系統(tǒng),可以通過計算機對相應參數(shù)進行調整,同時面板也可以進行顯示和調整。
7.過荷級
以A9為核心當輸出電壓大于10Vp時,前面板紅色發(fā)光二級管LED閃亮。此時信號發(fā)生削頂失真,應降低增益或查找故障。
8.電源
儀器的工作電壓為15V。它由AC220V 50Hz經變壓器降壓整流濾波,再經可調集成穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后得到。
A.電荷放大器最大輸入電荷量為50000pC
B.電荷放大器適調方式為三位撥盤式數(shù)字指示, 適調誤差為<1% C.放大器頻率范圍(-3dB):
加速度 0.3Hz-100kHz
速度 1Hz-10kHz
位移 1Hz-1kHz D.電荷放大器輸出最大電壓: ±5Vo-p E.放大器測量誤差: 加速度為<1%
速度為<2%
位移為<4% F.放大器低通濾波截止頻率(-3dB): 五檔分別為100kHz、30kHz、10kHz、3kHz、1kHz, 衰減速率為12dB/oct G.放大器噪聲電平: 在1nF傳感器電容靈敏度條件下折合到輸入端時小于10-2pC H.電荷放大器使用環(huán)境: 溫度為0 -40℃ 濕度為0-80%RH 。
電荷放大器的單位得看傳感器的靈敏度單位,和電荷放大器無關,電荷放大器的放大比例unit/V 和傳感器靈敏度中的unit的單位是對應的!
電荷放大器工作原理 多數(shù)傳感器的感應部分能將機械量轉變成微弱的電荷量Q,而且輸出阻抗Ra極高。而通過適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。Ca ...
電荷放大器工作原理多數(shù)傳感器的感應部分能將機械量轉變成微弱的電荷量Q,而且輸出阻抗Ra極高。而通過適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓,并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩?。Ca 配接傳感器自身...
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五、電荷放大器 電荷放大器主要由一個高增益反向電壓放大器和電容負反饋組成。輸入端的 MOSFET 或 J-FET 提供高絕緣性能,確保極低的電流泄露。 電荷放大器將壓電傳感器產生的電荷轉換為成比例的電壓, 用來作為監(jiān)測和控制過程的 輸入量。電荷放大器主要由一個具有高開環(huán)增益和電容負反饋的 MOSFET( 半導體場效應晶 體管 )或 JFET(面結型場效應晶體管 )的反向電壓放大器組成, 因此它的輸入產生高絕緣阻抗, 會引起少量電流泄漏。忽略 Rt 和 Ri,輸出端電壓為: )( 1 1 1 crt r r o CCC AC C Q U 對于足夠高的開環(huán)增益,系數(shù) 1/AC 接近于零。因此可以忽略電纜和傳感器的電容,輸 出電壓僅由輸入端電壓和量程電容決定。 r o C QU 電荷放大器可看成是電荷積分器, 它總是在量程電容兩端以大小相等, 極向相反的電荷 補償傳感器產生的電荷。 量程電容兩端
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實驗六 電荷放大器與電壓放大器 加速度一般通過壓電加速度傳感器進行測量。 電荷放大器能將傳感器輸出的 微弱電荷信號變換成放大了的電壓信號, 同時又能將傳感器的高阻抗輸出變換成 低阻抗輸出。壓電加速度傳感器的輸出需經電荷放大器進行變換 (即電荷—電壓 轉換),方可用于后續(xù)的放大、處理,因此電荷放大器是加速度測量中必不可少 的。下圖為電荷放大器的仿真原理圖。 下圖為電荷放大器仿真的波形圖。 用運放構成同相放大器可以實現(xiàn)電壓放大。下圖為電壓放大器仿真的原理 圖。 下圖為電壓放大器的波形圖。
SZTL-DH1電荷放大器的概述:北京聲振研究所研制的SZTL-DH1電荷放大器廣泛應用于航空航天、機械、動力、爆炸、沖擊等,與壓電加速度計或力傳感器配合,其輸出電壓與輸入的電荷量成正比。
SZTL-DH1電荷放大器的技術參數(shù):
1.輸入量:信號輸入電荷量z最大為100PC
2.開關適調量:三位數(shù)
3.傳感器靈敏度為1~11PC/ms2
4.輸出量:輸出電流0~±5mA,輸出電壓±10V,輸出阻抗≤10Ω
磁通量計也叫做麥克斯韋計,是用來測量磁感應強度B和磁通量功的儀器。永磁鐵和電磁鐵磁極附近區(qū)域或地磁場中磁通密度 ( 即磁賓應強度 ) B的測量,無論從實驗室的工作還是在教學的演示實驗中,都占有重要的位置 。為此,出現(xiàn)了早期的基于探測線圈和電量測量的磁通量計,但早期的電量測量儀器的靈敏度很低,或要使用操作麻煩的示波器進行間接計算。
為了說明電路的工作原理,必須理解集成運放IC的兩條設計法則。
集成運放工作于放大器時,可以將兩個輸入端之間的電壓看作零,即兩個輸入端的電勢相等。這是因為集成運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)十分大,輸出電壓與輸入電壓之比高達105一105( 如F3140的開環(huán)電壓增益為106dB ),輸入端只要有幾百微伏的差動電壓,就足以使輸出端產生最大輸出電壓( 如F3140的最大輸 出電壓為士12V ) 。因此,可以把兩個輸入端之間的電壓看作為零,即把兩個輸入端的電勢看作是相等的。
集成運放工作于放大器時,可以認為輸入端不汲取電流。這是因為集成運放只汲取極微小的輸入電流 ( 如 F 3140的微小輸入電流僅為10PA左右 ) 。
測量開始前,將探測線圈S放在待測磁場中,使磁力線垂直于線圈平面 。分別按一下按鈕開關K1 和K2,使電容器C1和C2全部放電。
當把探測線圈S從磁場中取出時 ( 快速取出或慢速取出都行 ),由于穿過線圈的磁通量的變化,線圈中產生感生電動勢ε,導致回路中電荷的流動,對電容器C1和C2充電 。
根據(jù)集成運放的設計法則2,略去運放的輸入電流,可得電容器C1和C2的充電電壓U1和U2 為:U1=U2=ε ;式中ε為感生電動勢 。
例如取n=1000,A=9.62cm2,R=10kΩ和C=100μF,得靈敏度1.9V/T ,每特斯拉的磁通密度給出1.9伏的示值。
設計常數(shù)k可以根據(jù)待測磁通密度的大小。在巳確定探測線圈的n 和A兩個參數(shù)之后,可以采用不同的RC值制成多量程磁通量計。
在常規(guī)的磁通量計中,探測線圈必須以沖擊的形式快速地從磁場中移出。在儀器中,探測線圈快速或緩速移出都無妨。這是因為電容器上充電電量與探測線圈的移動速度無關,而電量的測量又無需采用沖擊電流計測量。
關于儀器的輸出電壓U0,有兩點必須給以充分注意 。
第一點是U0的穩(wěn)定性取決于集成運放的輸入偏置電流的大小,必須采用輸入偏置電流很小的集成運放,即高輸入阻抗集成運放 。這類運放有單電源饋電型,如F3140,使用方便且電路簡單。
第二點是U0有零點漂移,這是由集成運放的輸入失調電壓和失調電壓溫漂引起的 。讀數(shù)前,應調節(jié)運放補償端的調零電位器使伏特計指零端后再測量讀數(shù)。采用運放F3140的調零電位器Rw的接線法 。
壓電式測力傳感器
壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力-電轉換的傳感器,在拉、壓場合,通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大,測量范圍寬,線性及穩(wěn)定性高,動態(tài)特性好。當采用大時間常數(shù)的電荷放大器時,可測量準靜態(tài)力。按測力狀態(tài)分,有單向、雙向和三向傳感器,它們在結構上基本一樣。
圖所示為壓電式單向測力傳感器的結構圖。傳感器用于機床動態(tài)切削力的測量。絕緣套用來絕緣和定位?;鶅韧獾酌鎸ζ渲行木€的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴格的要求,否則會使橫向靈敏度增加或使片子因應力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗,傳感器裝配前要經過多次凈化(包括超聲波清洗),然后在超凈工作環(huán)境下進行裝配,加蓋之后用電子束封焊。
壓電式壓力傳感器的結構類型很多,但它們的基本原理與結構仍與壓電式加速度和力傳感器大同小異。突出的不同點是,它必須通過彈性膜、盒等,把壓力收集、轉換成力,再傳遞給壓電元件。為保證靜態(tài)特性及其穩(wěn)定性,通常多采用石英晶體作為壓電元件。
壓電式加速度傳感器
圖所示為壓縮式壓電加速度傳感器的結構原理圖,壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個表面上鍍銀層,并在銀層上焊接輸出引線,或在兩個壓電片之間夾一片金屬,引線就焊接在金屬片上,輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個比重較大的質量塊,然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對質量塊預加載荷。整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中,為了隔離試件的任何應變傳遞到壓電元件上去,避免產生假信號輸出,所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來制造。
測量時,將傳感器基座與試件剛性固定在一起。當傳感器感受到振動時,由于彈簧的剛度相當大,而質量塊的質量相對較小,可以認為質量塊的慣性很小,因此質量塊感受到與傳感器基座相同的振動,并受到與加速度方向相反的慣性力作用。這樣,質量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片具有壓電效應,因此在它的兩個表面上就產生了交變電荷(電壓),當振動頻率遠低于傳感器固有頻率時,傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比,即與試件的加速度成正比。輸出電量由傳感器輸出端引出,輸入到前置放大器后就可以用普通的測量器測出試件的加速度,如在放大器中加進適當?shù)姆e分電路,就可以測出試件的振動加速度或位移。
壓電式金屬加工切削力測量
主要用于金屬加工切削力測量。
壓電式玻璃破碎報警器
主要用于璃破碎報警器。
2100433B