压电加速度传感器前置变换电路的研究及设计

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压电加速度传感器由于敏感元件对被测信号响应输出的电荷量微弱,并且是高内阻元件,若不加处理无法被直接采集测量。电荷放大器是测量电荷信号最常用的前置变换电路,但是在测量中普遍存在零漂,杂波以及噪声干扰的问题。针对上述问题,本文展开研究设计工作。首先,本文通过对压电加速度传感器及其前置变换电路的工作原理深入研究,建立了相应的等效电路进行电学分析,讨论了频率特性及灵敏度;其次,从压电加速度传感器本身、连接电缆和前置变换电路三个环节研究分析零漂的起因,根据不同环节零漂的起因,给出了相应的零漂抑制技术;再次,设计了一款用集成芯片组成的低零漂前置变换电路,并对电路设计过程中的电荷转换、滤波级抗混叠和低噪声同轴电缆选用三个关键技术展开深入的研究分析,同时对电路的地回路噪声干扰进行了降噪处理;最后,搭建实验平台进行相应测试,前置变换电路带内不平度不大于1d B的工作频率范围为20Hz~5kHz,两倍频程的带外衰减不小于45dB,具有良好的频率响应特性;电路的灵敏度约为0.475mV/g,满足测试需求;经过对地回路噪声降噪处理后,电路输出纹波电压仅为3m V左右。设计改进前后的对比测试也表明分别在压电加速度传感器、连接电缆和前置变换电路三个环节采用了零漂抑制技术后有效减小了零漂。
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