煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院ppt課件

1、 根據(jù)壓電元件的任務(wù)原理及上節(jié)所述兩種等效電路，與壓電元件配套的丈量電路的前置放大器主要是實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配主要有以下兩種丈量電路RaQCcRiCiCa(a)電荷源等效電路(b)電壓源等效電路傳感器電纜線運(yùn)算放大器RauCcRiCiCa傳感器電纜線運(yùn)算放大器電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓(壓電元件的輸出電壓)成正比。電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。RaQCcRiCiCa(a)電荷源等效電路傳感器電纜線運(yùn)算放大器前置放大器的作用：實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、適當(dāng)放大 = RC RiC時(shí)間常數(shù)大那么放電速度慢，要求放大器的輸入電阻Ri大，所以前置放大為高輸入阻抗低輸出阻抗。然后還要用普通放大、檢波電路將信

2、號(hào)輸給指示儀表或記錄儀器。1.電壓放大器 電壓放大器的作用是將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號(hào)進(jìn)展適當(dāng)放大。因此也把這種丈量電路稱為阻抗變換器。電壓放大器的簡(jiǎn)化電路圖為：電壓放大電路CaRaQCcRiCiAuiuo電壓放大電路CaRaQCcRiCiAuiuoRQCAuiuo設(shè)作用于壓電晶片上的力F=Fmsint，所產(chǎn)生的電荷電流及電壓均按正弦規(guī)律變化，亦那么： Q = dcF = dcFmsint ，其中，R = Ra/Ri，C = Ca + Cc + Ci RQCAuiuoiFF向量表示電壓幅值比和相角頻率比的關(guān)系曲線1、w=0時(shí)，輸出電壓為0，意味著電荷

3、完全被走漏，壓電式傳感器(后接電壓放大器)不能丈量靜態(tài)量；2、wt3，輸出電壓與輸入信號(hào)被測(cè)力的頻率大小無關(guān)，輸出與輸入完全的線性正比關(guān)系A(chǔ)(w)=1，f(w)=0即無相位滯后。t=RCRC 均使t 但是wc=3/t， t 才干擴(kuò)展低頻呼應(yīng)范圍。C 使輸出電壓值減小，即靈敏度下降，不宜采取C 的方法。電壓靈敏度R是獨(dú)一的途徑！wt3時(shí)，A(w)=1高輸入阻抗可見輸出遭到銜接導(dǎo)線電容值的影響，留意：導(dǎo)線不宜太長(zhǎng)；導(dǎo)線標(biāo)定后不能隨意改換。這是電壓放大器的致命的弱點(diǎn)！C = Ca + Cc + Ci ，由此式可以看出：輸出電壓的大小遭到C的影響，而CaRaQCcRiCiAuiuo優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單，價(jià)錢

4、低廉。缺陷：測(cè)試精度受導(dǎo)線電纜電容的影響。 近些年來固態(tài)電子元器件和集成電路的迅速開展，微型電壓放大器可以與傳感器做成一體集成化，電壓放大器的缺陷能得以抑制，電壓放大器并不需求低噪聲電纜，具有較好的開展前景。 處理干擾的有效措施就是采用與傳感器一體化的超小型阻抗變換器，以下圖就是兩個(gè)典型的電路圖。 由于電壓放大器使所配接的壓電式傳感器的電壓靈敏度受電纜分布電容的影響，而且電纜的改換得引起重新標(biāo)定的費(fèi)事，為此又開展了便于遠(yuǎn)間隔丈量的電荷放大器，目前它巳被公認(rèn)是一種較好的沖擊丈量放大器。重點(diǎn)掌握2.電荷放大器 電荷放大器是一個(gè)高增益帶深度電容負(fù)反響的運(yùn)算放大器，其輸入阻抗極高1012以上。 CaR

5、a電荷放大電路QCcRiCiKuiuoCf傳感器電 纜運(yùn)算放大器反響電阻哪去了？CaQCcCiKuiuoCfQCKuiuo等效電路：輸入阻抗為無窮大，Ra很大CfC = Ca + Cc + Ci QCKuiuoCfC = Ca + Cc + Ci K值很大，普通K =104106，上式為： 在此式中，輸出電壓與C值無關(guān)，只需C f，也就是說，電纜電容并無影響，銜接導(dǎo)線有時(shí)長(zhǎng)達(dá)百米低噪聲電纜，工廠稱為無噪聲電纜。與電壓放大器比較，這是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，但是，電荷放大電路復(fù)雜，價(jià)錢較高。C = Ca + Cc + Ci Cf反響電容與輸入信號(hào)反相定義：靈敏度 上式闡明，在一定條件下，電荷放大器的輸出

6、電壓與外力成正比，與反響電容成反比，而與Ca、Cc和Ci無關(guān)。 電纜分布電容變化不會(huì)影響傳感器靈敏度及丈量結(jié)果是電荷放大器的突出優(yōu)點(diǎn)。 由于采用電容負(fù)反響，電荷放大器對(duì)直流任務(wù)點(diǎn)相當(dāng)于開環(huán)，因此零點(diǎn)漂移較大。為了減小零漂，使電荷放大器任務(wù)穩(wěn)定，普通在反響電容兩端并聯(lián)一個(gè)大的反響電阻Rf約10101014 。見下頁(yè)圖QCKuiuoCfCaRa電荷放大電路qCcRiCi-AuiuoCf傳感器電 纜運(yùn)算放大器Rf 電荷放大器輸出電壓Uo正比于輸入電荷Q，輸出與輸入反相，且輸出不受電纜電容的影響，這是在開環(huán)增益K足夠大的情況下的一種近似，實(shí)踐當(dāng)導(dǎo)線很長(zhǎng)時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生一定的影響，由此產(chǎn)生的丈量誤差為P126

7、所示。由誤差式可以看出，CF，K 可以減小誤差。高、低頻限電荷放大器的高頻上限主要取決于壓電器件的Ca和電纜的Cc與Rc 由于Ca、Cc、Rc均較小，所以可測(cè)信號(hào)的上限頻率很高，普通為180KHz。 電荷放大器的低頻下限，由于開環(huán)放大倍數(shù)很大，因此只取決于反響回路參數(shù)RF、 CF 低頻下限頻率與電纜電容無關(guān)，由于運(yùn)算放大器的時(shí)間常數(shù)RF CF可做得很大，因此電荷放大器的低頻下限可低達(dá)10-110-4KHz準(zhǔn)靜態(tài) 電荷放大器與電壓放大器比較優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，這就是它得以廣泛運(yùn)用的緣由所在。教材引見0.3Hz 電荷放大器電路復(fù)雜，價(jià)錢昂貴，電壓放大器反之；但電壓放大器下限頻率較高，靈敏度與電纜分布電容有關(guān)，選用時(shí)宜綜合思索。電荷放大器電壓放大器對(duì)比： 從電路上看，電荷放大器很