加速度上限报警电路设计课程设计论文(编辑修改稿)

加速度上限报警电路设计课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

显示或在记录仪中 记录。 测量电路的种类由传感器的类型而定。 压电加速度传感器常用的测量电路 是电荷放大器。 常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图 : 被测非电量 图 压电加速度传感器动态测量系统 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，压电加速 度传感器 测量电路的研究及其硬件实现就显得非常重要。 现在最常用的压电加速 度传感器的测量电路就是电荷放大器，所谓电荷放大器是负反馈放大器的一种， 传感器 测量电路 指示仪器 记录仪器 数据处理仪器 加速度传感器 电荷放大器 记录器 数据处理器 校准设备 本科生课程设计（论文） 5 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，这些原因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。 本设计中采用压电式加 速度传感器。 先通过传感器将电荷进转换为电压，在经过三运放放大电路，滤波电路得到输出信号，从而实现加速度上限报警作用。 本科生课程设计（论文） 6 第 3 章 电路设计 总体设计框图 总体设计如图 所示 : 图 压电 加速度传感器等效电路 压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。 当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。 由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。 为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 归一放大电路 电荷转换电路 低通滤波电路 积分电路 模拟电路输出 过载指示 S1 控制电路 S2 本科生课程设计（论文） 7 Q CsCc CiCRiRs23467U?UiV C CU0R 图 （压电式加速度传感器等效电路图） 电荷 放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。 由压电式加速度传感器、电缆、电荷放大器组成。 电荷放大器等效电路如图 所示 : Q CsCc CiRiRs R (1 + K )C (1 + K )U0 图 （电荷放大器等效电路） 上图中 C 为反馈电容， K 为运算放大器的放大倍数， Q 为压电传感器产生的总电荷， Ca、 Ra 为传感器的电容量和绝缘电阻， Cc 为传输电缆电容量， Ci、 Ri 为放大器的输入电容和输入电阻。 它的作用能把传感器的输出变量变成易于处理的电压电流信号。 加速度的测量最后就可用电压信号来显示，经过电路的参数变换和计算，加速度计输出电压信号与被测物理量之间关系式：         CKCiCcCsRKRiRsKQU  1/1/1/10 (31) 本科生课程设计（论文） 8 因为电荷放大器是高增益放大器，即 K1，则有 RCQRUO  1 (32) 一般情况下（ 1+K） CF C， CQU0 (33) 又电荷灵敏 度为 aQS (34) 灵敏度单位是 pc/ms^2 或 pc/g 由上述公式可得到电荷放大器输出电压与加速度之间的关系式为 aCSU0 (35) （式中电荷灵敏 Sq度一般取小的数值，反馈电容参数 CF范围一般 10010000pF）。 上式表明加速度 a与输出电压信号 U成正 比，与反馈电容 CF成反比，而且受电缆电容的影响很小，这是电荷放大器的一个主要优点。 由以上分析可以通过压电式加速度传感器跟电荷放大器组成测量系统而测得振动的加速度。 图 所示电路是目前广泛应用的三运放高共模抑制比放大电路。 它由三个集成运算放大器组成，其中 A1， A2 为两个性能一致的同相输入通用集成运算放大器，构成平衡对称差动放大输入级， N3 构成双端输入单端输出的输出级，用来进一步抑制 A1， A2 的共模信号，并适应接地负载的需要。 本科生课程设计（论文） 9 图 其差模增益0211 R RRK d  (36) 3。