压电加速度传感器测量电路的研究与设计

现代工业和自动化生产过程中,非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定,也就是被测量为变量的连续测量过程。它以动态信号为特征,研究了测试系统的动态特性问题。而动态测试中振动和冲击的精确测量又显得尤其重要。振动与冲击测量的核心是传感器,对于冲击和振动信号的获取,最常见的是用压电加速度传感器。世界各国作为量值传递标准的高频和中频振动基准的标准加速度传感器就是压电式加速度传感器。由此可见,质量优良的压电加速度传感器在精度、长时间稳定性等方面都是有独到之处的。压电加速度传感器可以看作是一个能产生电荷的高内阻发电元件。但是此电荷量很小,不能用一般的测量电路来进行测量,因为一般的测量电路的输入阻抗总是较小的,压电片上的电荷通过测量电路时会被输入电阻迅速泄漏引入测量误差,影响测量效果。如果压电加速度传感器没有与之配套的测量电路一起配合使用,那么压电加速度传感器的广泛应用就会受到非常大的限制。因此,与之配套的测量电路的研究及其硬件实现就显得非常重要。目前最常用的压电加速度传感器的测量电路就是电荷放大器,它能得到与输入电荷成比例的电压输出。它的特点之一就是使传感器的灵敏度和电缆长度无关,电缆可长达几千米,而在被测对象附近只有一个小的传感器。这对使用者来说非常方便。但是现在的电荷放大器电路都比较复杂,机器价格都比较高,性价比不是很理想,这些因素都严重影响了压电加速度传感器的广泛使用,所以研制一种性价比较高的、实用的电荷放大器就非常的有必要。本文针对上述情况,对传感器的测量电路做了深入的研究工作,分析了各种测量电路的特点,提出采用一种集成芯片来取代大量分离元件实现电荷转换电路的设想,通过实验验证本设计的可行性和可靠性,对存在的干扰信号做了细致的理论分析,并采取相关办法进行解决,最后和标准电荷放大器的性能进行对比。实验结果表明本设计是可行的。