CN104568242B - 压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路 - Google Patents

压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感器信号调理电路,具体是一种压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路。本发明解决了现有传感器信号调理电路不适用于9mm压电激励小型谐振筒压力传感器的问题。压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路,包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、三端稳压器、电源转换芯片、第一‑第三二极管、稳压二极管、三极管、第一‑第十三电阻、第一‑第十电容、拾振信号输入端、激励信号输出端、电压信号输出端、频率信号输出端。本发明适用于9mm压电激励小型谐振筒压力传感器。

Description

压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路
技术领域
[0001] 本发明涉及传感器信号调理电路,具体是一种压电激励小型谐振筒压力传感器信 号调理电路。
背景技术
[0002] 压电激励小型谐振筒压力传感器广泛应用于机载及测量仪表,其按照结构尺寸可 分为三种:18mm压电激励小型谐振筒压力传感器、9mm压电激励小型谐振筒压力传感器、4mm 压电激励小型谐振筒压力传感器。随着现代机载及测量仪表高精度、小型化发展的需求, 18mm压电激励小型谐振筒压力传感器和4mm压电激励小型谐振筒压力传感器的外形尺寸、 重量及抗振性能已无法满足上述需求,9mm压电激励小型谐振筒压力传感器已成为压电激 励小型谐振筒压力传感器的发展方向。然而,现有的传感器信号调理电路由于自身结构所 限,仅仅适用于18mm压电激励小型谐振筒压力传感器和4mm压电激励小型谐振筒压力传感 器,而并不适用于9mm压电激励小型谐振筒压力传感器,由此导致9圓压电激励小型谐振筒 压力传感器的测量精度较低,从而严重制约了 9mm压电激励小型谐振筒压力传感器的大规 模应用。基于此,有必要发明一种全新的传感器信号调理电路,以解决现有传感器信号调理 电路不适用于9ram压电激励小型谐振筒压力传感器的问题。
发明内容
[0003]本发明为了解决现有传感器信号调理电路不适用于9mm压电激励小型谐振筒压力 传感器的问题,提供了一种压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电 路,包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、三端稳压 器、电源转换芯片、第一-第三二极管、稳压二极管、三极管、第一-第十三电阻、第一-第十电 容、拾振信号输入端、激励信号输出端、电压信号输出端、频率信号输出端;
[0005]其中,第一运算放大器的正输入端通过第一电容与拾振信号输入端连接;第一运 算放大器的正输入端通过第一电阻接地;第一运算放大器的负输入端与第一运算放大器的 输出端连接;第一运算放大器的输出端依次通过第二电阻、第三电阻与第二运算放大器的 正输入端连接;
[0006]第二运算放大器的正输入端依次通过第三电阻、第三电容与第二运算放大器的输 出端连接;第一运算放大器的正输入端通过第二电容接地;第二运算放大器的负输入端与 第二运算放大器的输出端连接;第二运算放大器的输出端通过第六电阻与第三运算放大器 的正输入端连接;第二运算放大器的输出端通过第四电阻与第三运算放大器的负输入端连 接;
[0007]第三运算放大器的正输入端通过第四电容接地;第三运算放大器的负输入端通过 第五电阻与第三运算放大器的输出端连接;第三运算放大器的输出端通过第七电阻与第四 运算放大器的负输入端连接;
[0008]第四运算放大器的正输入端接地;第四运算放大器的负输入端通过第八电阻与第 四运算放大器的输出端连接;第四运算放大器的输出端通过第九电阻与三极管的基极连 接;第四运算放大器的输出端依次通过第五电容、第十三电阻与激励信号输出端连接;
[0009]三端稳压器的+15V输入端通过第九电容接地;三端稳压器的+研输出端通过第八 电容接地;三端稳压器的+5V输出端与电源转换芯片的+5V输入端连接;三端稳压器的+5V输 出端分别与第一运算放大器的正电源端和第四运算放大器的正电源端连接;
[0010]电源转换芯片的+5V输入端依次通过第十一电阻、第十二电阻与电压信号输出端 连接;电源转换芯片的+5¥输入端依次通过第^^一电阻、第十二电阻、第十电容接地;电源转 换芯片的-5V输出端通过第七电容接地;电源转换芯片的- 5V输出端分别与第一运算放大器 的负电源端和第四运算放大器的负电源端连接;电源转换芯片的两个补偿端通过第六电容 连接;
[0011]第一二极管的阳极接地;第一二极管的阴极与激励信号输出端连接;第二二极管 的阳极与激励信号输出端连接;第二二极管的阴极接地;第三二极管的阳极与电压信号输 出端连接;第三二极管的阴极接地;稳压二极管的阳极接地;稳压二极管的阴极通过第十二 电阻与电压信号输出端连接;三极管的集电极通过第十电阻与三端稳压器的 +5V输出端连 接;三极管的集电极与频率信号输出端连接;三极管的发射极接地。
[0012]工作时,将拾振信号输入端与9mm压电激励小型谐振筒压力传感器的拾振压电片 连接,将激励信号输出端与9mm压电激励小型谐振筒压力传感器的激励压电片连接。具体工 作过程如下:首先,来自拾振压电片的拾振信号依次经拾振信号输入端、第一电容输入至第 一运算放大器,并依次经第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放 大器进彳丁放大,然后经第四运算放大器的输出端分两路进彳丁输出:第一路信号依次经第五 电容、第十三电阻输出,并经第一二极管和第二二极管进行限幅,然后经激励信号输出端反 馈至激励压电片,由此对激励压电片进行激励。第二路信号经第九电阻输出至三极管的基 极,并经三极管整形为频率信号,然后经三极管的集电极输出至频率信号输出端。在此过程 中,外部+ 15V直流电压经三端稳压器的+15V输入端输入至三端稳压器,并经三端稳压器转 换为+5V直流电压,然后经三端稳压器的+5V输出端输出至电源转换芯片、第一运算放大器 和第四运算放大器,并经电源转换芯片转换为-5V直流电压,然后经电源转换芯片的-5V输 出端输出至第一运算放大器和第四运算放大器。+5V直流电压和-5V直流电压共同对第一运 算放大器和第四运算放大器进行供电。+ 5¥直流电压经第^^一电阻进行降压,并经稳压二极 管进行稳压,然后经第十二电阻输出至电压信号输出端。与此同时,来自9mm压电激励小型 谐振筒压力传感器的温度信号引起第三二极管的电参数变化,使得电压信号输出端的电压 发生变化,由此即可根据该变化量进行温度补偿。基于上述过程,与现有传感器信号调理电 路相比,本发明所述的压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路通过采用全新结构, 完全适用于9mm压电激励小型谐振筒压力传感器,由此有效保证了 9mm压电激励小型谐振筒 压力传感器的测量精度,从而有力推动了 9mm压电激励小型谐振筒压力传感器的大规模应 用。
[0013]本发明有效解决了现有传感器信号调理电路不适用于9mm压电激励小型谐振筒压 力传感器的问题,适用于9_压电激励小型谐振筒压力传感器。
附图说明
[0014] 图1是本发明的一部分电路原理图。
[0015] 图2是本发明的另一部分电路原理图。
具体实施方式
[0016] 压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路,包括第一运算放大器U1A、第二运 算放大器U1B、第三运算放大器U 2A、第四运算放大器U2B、三端稳压器U3、电源转换芯片U4、 第一-第三二极管D1-D 3、稳压二极管V、三极管T、第一-第十三电阻Rl-R13、第一-第十电容 Cl -C10、拾振信号输入端X、激励信号输出端Y、电压信号输出端Vt、频率信号输出端f;
[0017] 其中,第一运算放大器U1A的正输入端通过第一电容Cl与拾振信号输入端X连接; 第一运算放大器U1A的正输入端通过第一电阻R1接地;第一运算放大器U1A的负输入端与第 一运算放大器U1A的输出端连接;第一运算放大器U1A的输出端依次通过第二电阻R2、第三 电阻R3与第二运算放大器U1B的正输入端连接;
[0018] 第二运算放大器U1B的正输入端依次通过第三电阻R3、第三电容C3与第二运算放 大器U1B的输出端连接;第二运算放大器U1B的正输入端通过第二电容C2接地;第二运算放 大器U1B的负输入端与第二运算放大器U1B的输出端连接;第二运算放大器U1B的输出端通 过第六电阻R6与第三运算放大器U2A的正输入端连接;第二运算放大器U1B的输出端通过第 四电阻R4与第三运算放大器U2A的负输入端连接;
[0019] 第三运算放大器U2A的正输入端通过第四电容C4接地;第三运算放大器U2A的负输 入端通过第五电阻R5与第三运算放大器U2A的输出端连接;第三运算放大器U2A的输出端通 过第七电阻R7与第四运算放大器U2B的负输入端连接;
[0020] 第四运算放大器U2B的正输入端接地;第四运算放大器U2B的负输入端通过第八电 阻RS与第四运算放大器U2B的输出端连接;第四运算放大器U2B的输出端通过第九电阻R9与 三极管T的基极连接;第四运算放大器U2B的输出端依次通过第五电容C5、第十三电阻R13与 激励信号输出端Y连接;
[0021]三端稳压器U3的+15V输入端通过第九电容C9接地;三端稳压器U3的+5V输出端通 过第八电容C8接地;三端稳压器U3的+5V输出端与电源转换芯片U4的+5V输入端连接;三端 稳压器U 3的+5V输出端分别与第一运算放大器U1A的正电源端和第四运算放大器U2B的正电 源端连接;
[0022]电源转换芯片U4的+5V输入端依次通过第(电阻R11、第十二电阻R12与电压信 号输出端Vt连接;电源转换芯片U4的+5V输入端依次通过第十一电阻R11、第十二电阻R12、 第十电容CIO接地;电源转换芯片U4的-5V输出端通过第七电容C7接地;电源转换芯片114的-5V输出端分别与第一运算放大器U1A的负电源端和第四运算放大器U2B的负电源端连接;电 源转换芯片U4的两个补偿端通过第六电容C6连接; '
[0023]第一二极管D1的阳极接地;第一二极管D1的阴极与激励信号输出端Y连接;第二二 极管D2的阳极与激励信号输出端Y连接;第二二极管D2的阴极接地;第三二极管D3的阳极与 电压信号输出端Vt连接;第三二极管D3的阴极接地;稳压二极管V的阳极接地;稳压二极管v 的阴极通过第十二电阻R12与电压信号输出端Vt连接;三极管T的集电极通过第十电阻R10 与三端稳压器U3的+5V输出端连接;三极管T的集电极与频率信号输出端f连接;三极管T的 发射极接地。

Claims (1)

1. 一种压电激励小型谐振筒压力传感器信号调理电路,其特征在于:包括第一运算放 大器(U1A)、第二运算放大器(U1B)、第三运算放大器①说)、第四运算放大器①2B)、三端稳 压器(U3)、电源转换芯片(U4)、第一-第三二极管(D1、D2、D 3)、稳压二极管(V)、三极管(T)、 第一-第十三电阻 0?1、1?2、1«、1^4、1?5、1^、1?7、1?8、1?9、1?10、1?11、1?12、1?1 3)、第一-第十电容((:1、 C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10)、拾振信号输入端(X)、激励信号输出端(Y)、电压信号输出 端(Vt)、频率信号输出端(f); 其中,第一运算放大器(U1A)的正输入端通过第一电容(Cl)与拾振信号输入端(X)连 接;第一运算放大器(U1A)的正输入端通过第一电阻(R1)接地;第一运算放大器(U1A)的负 输入端与第一运算放大器(U1A)的输出端连接;第一运算放大器(U1A)的输出端依次通过第 二电阻(R2)、第三电阻(R3)与第二运算放大器(U1B)的正输入端连接; 第二运算放大器(U1B)的正输入端依次通过第三电阻(R3)、第三电容(C3)与第二运算 放大器(U1B)的输出端连接;第二运算放大器(U1B)的正输入端通过第二电容(C2)接地;第 二运算放大器(U1B)的负输入端与第二运算放大器(U1B)的输出端连接;第二运算放大器 (U1B)的输出端通过第六电阻(R6)与第三运算放大器(U2A)的正输入端连接;第二运算放大 器(U1B)的输出端通过第四电阻(R4)与第三运算放大器(U2A)的负输入端连接; 第三运算放大器(U2A)的正输入端通过第四电容(C4)接地;第三运算放大器(U2A)的负 输入端通过第五电阻(R5)与第三运算放大器(U2A)的输出端连接;第三运算放大器(U2A)的 输出端通过第七电阻(R7)与第四运算放大器(U2B)的负输入端连接; 第四运算放大器(U2B)的正输入端接地;第四运算放大器(U2B)的负输入端通过第八电 阻(R8)与第四运算放大器(U2B)的输出端连接;第四运算放大器(U2B)的输出端通过第九电 阻(R9)与三极管(T)的基极连接;第四运算放大器(U2B)的输出端依次通过第五电容(C5)、 第十三电阻(R13)与激励信号输出端(Y)连接; 三端稳压器①3)的+ 15V输入端通过第九电容(C9)接地;三端稳压器(U3)的+5V输出端 通过第八电容(CS)接地;三端稳压器(U3)的+5V输出端与电源转换芯片(U4)的+5V输入端连 接;三端稳压器①3)的+ 5V输出端分别与第一运算放大器(U1A)的正电源端和第四运算放大 器(U2B)的正电源端连接; 电源转换芯片(U4)的+5V输入端依次通过第--电阻(R11)、第十二电阻(R12)与电压 信号输出端(Vt)连接;电源转换芯片(U4)的+5V输入端依次通过第十一电阻(R11)、第十二 电阻(R12)、第十电容(CIO)接地;电源转换芯片(U4)的-5V输出端通过第七电容(C7)接地; 电源转换芯片(U4)的-5V输出端分别与第一运算放大器0J1A)的负电源端和第四运算放大 器(U2B)的负电源端连接;电源转换芯片(U4)的两个补偿端通过第六电容(C6)连接; 一第一二极管(D1)的阳极接地;第一二极管 (D1)的阴极与激励信号输出端(Y)连接;第二 二极管(D2)的阳极与激励信号输出端(Y)连接;第二二极管① 2)的阴极接地;第三二极管 ①3)的阳极与电压信号输出端(vt)连接;第三二极管①3)的阴极接地;稳压二极管(V)的阳 极接地;稳压二极管(V)的阴极通过第十二电阻(則 2)与电压信号输出端(vt)连接;三极管 (T)的集电极通过第十电阻(Ri〇)与三端稳压器( U3)的+5V输出端连接;三极管(T)的集电极 与频率信号输出端(f)连接;三极管 (T)的发射极接地。
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