CN113890504A - 振动传感器信号调理电路拓扑结构 - Google Patents
振动传感器信号调理电路拓扑结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113890504A CN113890504A CN202111062889.2A CN202111062889A CN113890504A CN 113890504 A CN113890504 A CN 113890504A CN 202111062889 A CN202111062889 A CN 202111062889A CN 113890504 A CN113890504 A CN 113890504A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit circuit
- circuit
- voltage
- low
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 18
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
- H03H11/126—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a single operational amplifier
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种振动传感器信号调理电路拓扑结构，包括：电荷转换单元电路、调理放大单元电路、带通滤波单元电路、输出放大单元电路和稳压电源单元电路，其中，电荷转换单元电路用于将压电陶瓷产生的电荷信号转换成低阻电压信号；调理放大单元电路与电荷转换单元电路连接，用于将低阻电压信号的电压值进行放大；带通滤波单元电路与调理放大单元电路连接，用于对放大后的低阻电压信号中的高频噪声和低频噪声进行滤除；输出放大单元电路与带通滤波单元电路连接，用于将带通滤波后的电压信号放大至预设电压信号值，稳压电源单元电路分别与上述单元电路连接，用于提供稳定电源电压。该拓扑结构能够使压电振动传感器灵敏度和可靠性提高、误差减小。
Description
技术领域
本发明涉及传感器信号处理电路技术领域，特别涉及一种振动传感器信号调理电路拓扑结构。
背景技术
由于振动传感器工作的特殊性，通常是处于严峻的工作环境中，且保持全天候使用状态，这就对振动传感器的可靠性提出了很高的要求。工业设备在运行过程中，普遍存在不同程度的振动，严重的振动会降低设备的效能及执行机构的精度、破坏机器的运行状态，甚至缩短设备的使用寿命，所以，对振动传感器的可靠性和灵敏度等提出了更高的要求。后级信号调理电路拓扑结构直接影响着振动传感器的精度、灵敏度等。
振动传感器由两片压电陶瓷片或一片压电陶瓷和一个金属片构成，压电陶瓷片的输出为高阻的电荷量，在进行测量时，因防止电荷泄漏所带来的测量误差，也即泄漏电阻因无限大。然而在现实中，不可能实现泄漏电阻无限大，只能尽量保证泄漏电阻足够高。因此，电荷转换单元电路需要有足够大输入电阻，以保证测量精度。具体到电荷转换单元电路中的运放来说，需要运放有足够高的输入阻抗，足够低的偏置电流，足够低的失调电压，除此之外，还需要运放有高于电荷转换单元电路要求的频带宽度以保证传感器整体的频率特性，需要有足够高的增益，保证电荷放大器输出的电压值足够大。
在高频段，由于压电陶瓷的谐振频率，振动传感器的幅频特性曲线会有一个幅值很大的尖峰。因此，压电式振动传感器会有很大的高频干扰，影响测量精度。在后续的信号处理电路中需要滤除高频干扰，降低谐振峰带来的信号失真。而且，电荷放大器的需要的工作频带一般来说低于其自身的通频带，在这种情况下，相对高频的信号容易对相对低频的测量信号造成干扰并带来误差。因此有必要在信号处理电路中滤除高频信号。
除此之外，由于泄漏电阻的作用，压电式振动传感器无法准确测量静态和频率过低的振动信号，测量信号结果中这部分频率的成分对于测量来说也是无意义的。因此，需要将低频的信号滤除掉。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种振动传感器信号调理电路拓扑结构。
为达到上述目的，本发明实施例提出了振动传感器信号调理电路拓扑结构，包括：电荷转换单元电路、调理放大单元电路、带通滤波单元电路、输出放大单元电路和稳压电源单元电路，其中，所述电荷转换单元电路，用于将压电陶瓷产生的高阻电荷信号转换成低阻电压信号；所述调理放大单元电路与所述电荷转换单元电路连接，用于将所述低阻电压信号的电压值进行放大；所述带通滤波单元电路与所述调理放大单元电路连接，用于对放大后的低阻电压信号中的高频噪声和低频噪声进行滤除；所述输出放大单元电路与所述带通滤波单元电路连接，用于将带通滤波后的电压信号放大至预设电压信号值；所述稳压电源单元电路分别与所述电荷转换单元电路、所述适调放大单元电路、所述带通滤波单元电路和所述输出放大单元电路连接，用于提供稳定电源电压。
本发明实施例的振动传感器信号调理电路拓扑结构，通过选择TL081芯片作为电荷转换单元电路中的运算放大器，保证传感器整体的频率特性，有足够高的增益，保证电荷放大器输出的电压值足够大；通过选择的滤波电路为二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波电路串联得到的带通滤波器，滤除高频信号和低频以及直流信号，保留测量信号的中频带，同时将输出放大电路与高通滤波电路集成在一起，降低了元器件数量，降低成本并且提高了电路的集成度，整个电路的增益的调节可以通过改变放大器的增益来实现，并且可以确保放大模块的输入信号与输出信号具有相同的相位；通过利用固定输出集成稳压器来搭建稳压电源单元电路，电路结构简单且使用的元器件少。
另外，根据本发明上述实施例的振动传感器信号调理电路拓扑结构还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电荷转换单元电路包括反馈电阻、运算放大器和反馈电容，所述运算放大器选择TL081芯片，其中，所述反馈电阻与所述运算放大器并联，所述运算放大器与所述反馈电容并联。
进一步地，在本发明的一个实施例中，压电陶瓷片与所述运算放大器的反向端相连，高阻电荷信号通过所述运算放大器的反向端后，再经过所述反馈电容，使所述运算放大器的输出端输出低阻电压信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述低阻电压信号与所述压电陶瓷片的输入电荷量成正比，与所述反馈电容的容值成反比。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调理放大单元电路采用反相比例放大电路，其中，输入阻抗等于R1，输出阻抗R2趋近于0，平衡电阻为Rp，输出输入比为：
Vo/Vi＝AVF＝-R2/R1
其中，Vo为调理放大单元电路的输出电压值，Vi为低阻电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述带通滤波单元电路包括二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波器，所述二阶RC有源低通滤波器和所述一阶RC有源高通滤波器串联，其中，所述二阶RC有源低通滤波器，用于将所述放大后的低阻电压信号中的高频噪声进行滤除；所述一阶RC有源高通滤波器，用于对所述二阶RC有源低通滤波器处理后的电压信号中的低频噪声和直流信号分量进行滤除。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述输出放大单元电路采用同相比例放大电路，其中，输入阻抗R1为运放自身输入阻抗，输出阻抗R2趋近于0，输出输入比为：
其中，Vo为输出放大单元电路的输出电压值，Vi为带通滤波单元电路滤除后的电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述稳压电源单元电路利用固定输出集成稳压器来搭建线性稳压电源。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的振动传感器信号调理电路拓扑结构示意图；
图2是本发明一个实施例的电荷转换单元电路的拓扑结构示意图；
图3是本发明一个实施例的调理放大单元电路的拓扑结构示意图；
图4是本发明一个实施例的二阶RC有源低通滤波器的电路拓扑结构示意图；
图5是本发明一个实施例的一阶RC有源高通滤波器的电路拓扑结构示意图；
图6是本发明一个实施例的输出放大单元电路的基本电路拓扑结构示意图；
图7是本发明一个具体实施例的电荷转换单元电路的电路原理图；
图8是本发明一个实施例的调理放大单元电路的电路原理图；
图9是本发明一个实施例的带通滤波单元电路的电路原理图；
图10是本发明一个实施例的稳压电源单元电路中LM2576的电路原理图；
图11是本发明一个实施例的稳压电源单元电路中XL4015的电路原理图；
图12是本发明一个实施例的稳压电源单元电路中7805的电路原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的振动传感器信号调理电路拓扑结构。
需要说明的是，在传递模型、传感机理模型以及信号调理模型中，由于被测物体的振动，会导致压电陶瓷表面产生电荷，这个电荷量与被测物体的加速度成正比。在后级的信号处理电路中，最终经电荷放大器等信号处理单元后产生的电压信号也应与电荷量Q成正比。
振动传感器的敏感元件产生的电荷作为输入，经过电荷放大器，可以有如下关系：
其中，Uo为输出电压，Q为电荷，Cf为电容，dF为对力F进行微分，dma为对力F进行微分，其中，F＝ma，m为质量，a为加速度。
由此可以发现，电荷变换级的输出U与压电传感器的测量目标之间具有比例关系。因此本发明实施例提出的信号处理电路分别由电荷转换单元电路、适调放大单元电路、带通滤波单元电路、输出放大单元电路和稳压电源单元电路构成。
图1是本发明一个实施例的振动传感器信号调理电路拓扑结构示意图。
如图1所示，该电路拓扑包括：电荷转换单元电路100、调理放大单元电路200、带通滤波单元电路300、输出放大单元电路400和稳压电源单元电路500。
其中，电荷转换单元电路100用于将压电陶瓷产生的高阻电荷信号转换成低阻电压信号。调理放大单元电路200与电荷转换单元电路100连接，用于将低阻电压信号的电压值进行放大。带通滤波单元电路300与调理放大单元电路200连接，用于对放大后的低阻电压信号中的高频噪声和低频噪声进行滤除。输出放大单元电路400与带通滤波单元电路300连接，用于将带通滤波后的电压信号放大至预设电压信号值。稳压电源单元电路500分别与电荷转换单元电路100、适调放大单元电路200、带通滤波单元电路300和输出放大单元电路400连接，用于提供稳定电源电压。
具体地，整个工作过程为：压电陶瓷产生的电荷信号经过电荷转换单元电路100，将高阻的电荷信号转换成低阻的电压信号进行输出；由于这个电压信号的幅值不够大，之后再经过调理放大单元电路200将其电压值进行放大；之后通过带通滤波单元电路300，滤除该电压信号中的高频和低频噪声；最后再经过输出放大单元电路400对带通滤波后的电压信号进行进一步放大，输出合适的电压信号，并将最终结果通过航插输出以供数据的获取和显示，而稳压电源单元电路为每个子单元电路提供所需的稳定的电源电压。
进一步地，电荷转换单元电路100包括反馈电阻、运算放大器和反馈电容，运算放大器选择TL081芯片，其中，反馈电阻与运算放大器并联，运算放大器与反馈电容并联。
具体地，如图2所示，电荷转换单元电路本质上其实是一个积分电路，压电陶瓷片与运算放大器的反向端相连，电荷信号通过运算放大器反向端再经过反馈电容，使运放的输出端输出电压信号，其输出满足：
UO＝-Q/C (2)
其中，Uo为输出电压，Q为电荷，C为电容。
由上式可知，电荷放大器的输出电压信号与压电陶瓷片的输入电荷量成正比，与反馈电容的容值成反比。
进一步地，如图3所示，调理放大单元电路200核心为运算放大器构成的信号放大电路。由于上述电荷转换电路输出电压与输入信号方向相反，在后级的调理放大单元电路中，选择反相比例放大电路，其输入阻抗等于R1，输出阻抗R2接近于0，平衡电阻为Rp，其输出输入比为：
Vo/Vi＝AVF＝-R2/R1
(3)
其中，Vo为调理放大单元电路的输出电压值，Vi为低阻电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
进一步地，带通滤波单元电路300包括二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波器，二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波器串联，其中，二阶RC有源低通滤波器，用于将放大后的低阻电压信号中的高频噪声进行滤除；一阶RC有源高通滤波器，用于对二阶RC有源低通滤波器处理后的电压信号中的低频噪声和直流信号分量进行滤除。
具体地，在高频段，由于压电陶瓷的谐振频率，振动传感器的幅频特性曲线会有一个幅值很大的尖峰。因此，压电式振动传感器会有很大的高频干扰，影响测量精度。在后续的信号处理电路中需要滤除高频干扰，降低谐振峰带来的信号失真。而且，电荷放大器的需要的工作频带一般来说低于其自身的通频带，在这种情况下，相对高频的信号容易对相对低频的测量信号造成干扰并带来误差。因此有必要在信号处理电路中滤除高频信号。除此之外，由于泄漏电阻的作用，压电式振动传感器无法准确测量静态和频率过低的振动信号，测量信号结果中这部分频率的成分对于测量来说也是无意义的。因此，需要将低频的信号滤除掉。因此本发明实施例可以使用一个带通滤波器，保留测量信号的中频带，并滤除高频信号和低频以及直流信号。而带通滤波器可以通过一个低通滤波器和一个高通滤波器串联的方式得以实现。
对于低通滤波器，主要由有源和无源两种。其中，有源滤波器不会引起谐振，滤波特性好，负载不影响其滤波特性，在通带范围内不会有衰减，但是其不适合于高电压大电流的信号处理场合，只能在信号处理中进行滤波；无源低通滤波器是由R和C共同构成，无源滤波器具有结构简单、易于设计、体积小、成本低等优点，但是其滤波性能受到负载影响大，滤波特性较差。因此，如图4和5所示，本发明实施例选择二阶RC有源低通滤波器对调理放大电路输出的电压信号进行滤波处理，滤除放大后的低阻电压信号中的高频噪声；本发明实施例的带通滤波单元电路300选择一阶RC有源高通滤波器对二阶RC有源低通滤波器处理后的电压信号中的低频噪声和直流信号分量进行滤除。
进一步地，本发明实施例中的输出放大单元电路400核心为运算放大器构成的信号放大电路。如图6所示，由于同相比例放大器输入阻抗高，输出阻抗低的特点，因此本发明实施例选择同相比例放大电路作为输出放大单元电路400。
同相比例放大电路的输入阻抗R1为运放自身输入阻抗，输出阻抗R2趋近于0，其输出输入比为：
其中，Vo为输出放大单元电路的输出电压值，Vi为带通滤波单元电路滤除后的电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
进一步地，稳压电源单元电路500利用固定输出集成稳压器来搭建线性稳压电源。
可以理解的是，按照调整管的工作状态对稳压电源分为两大类：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源在各种比较简单的电子设备中广泛使用，比如由各种放大器构成的模拟电路系统；而开关电源广泛应用于各种复杂电子设备中，比如用单片机进行数字控制的系统，微型计算机等。在产生输出电压过程中，开关电源中晶体管工作在放大区，由PWM波控制晶体管导通和关断的状态，相比于稳压电源具有更高的效率，一般达到90％以上；而线性稳压电源中晶体管工作在放大状态，兼具稳压和滤波的双重作用。相比于开关电源，线性稳压电源可以很好地减少纹波抑制噪声，对系统产生的干扰也极小，电压调整率等指标也十分优秀。而且随着集成技术的推陈出新，线性稳压电源输出的可调性也在不断优化，新型的线性电源结构也向简单方便体积小的方向发展。因此，针对本发明实施例信号调理电路的需求，利用集成稳压器设计符合要求的多路输出线性电源。
下面通过一个具体实施例对本发明实施例提出的振动传感器信号调理电路拓扑结构进一步说明。
为了防止在低频工作状态下，电路输出产生漂移现象而引起的误差，应保证Ri足够大，一般来说需要高于Rf，为了降低低频漂移，输入电阻必须尽可能高，至少不低于反馈电阻。基于以上考虑，在实际的电荷转换单元电路中，选择TL081芯片作为运算放大器。
如图7所示，为了避免运算放大器工作在开环状态下而产生的零点漂移现象，在运放TL081的同相输入端加入电阻，用于减小运放同相、反相输入端因不对称而导致输入偏置电流产生额外的附加差模输入电压。而由于压电陶瓷片产生的电荷量很微小，电荷转换电路对应的电压值会很微小，因此运放的负载呈现容性。当被测物体的振动频率比较大时，则运放的输出电阻会对测量结果产生很大的影响。因此，需要电荷放大器后额外增加以2030为核心元件的功率输出电路，提高带负载能力，降低信号交越失真现象。同时，R1与C2对运算放大器进行相位补偿，防止其因达到相位平衡条件而自激振荡。在反馈电阻R2前添加电容C1，隔除直流信号，减少零位漂移现象。运算放大器正负电源端并联电容为去耦滤波电容，用于滤除电源中的高频干扰，保证供电电源电压稳定。为了避免运算放大器工作在开环状态下而产生的零点漂移现象，在运放TL081的同相输入端加入电阻，用于减小运放同相、反相输入端因不对称而导致输入偏置电流产生额外的附加差模输入电压。同时，R1与C2对运放进行相位补偿，防止其因达到相位平衡条件而自激振荡。在反馈电阻R2前添加电容C1，隔除直流信号，减少零位漂移现象。运算放大器正负电源端并联电容为去耦滤波电容，用于滤除电源中的高频干扰，保证供电电源电压稳定。
如图8所示，整个调理放大单元电路200的误差主要与运算放大器的反馈电阻R3的误差相关。对于反馈电阻R3应该选择阻值精准、稳定性高的精密电阻，此处使用精度为0.5％的金属膜电阻器。该电路中，在TL081电源正负电源端并联的电容主要用于电源中滤除高频干扰，保证运放的供电电源稳定。在电路设计过程中，只需要调整R1和R2的阻值，即可实现调理放大单元电路2000的电压放大比例。
如图9所示，运算放大器选择TL081，设定工作频带内滤波器增益为Av＝2，截至频率设置为fc＝1KHz，C2＝C1＝10nF，R2＝R1＝15.8KΩ，RA＝RB＝10KΩ。对于此二阶RC有源低通滤波器来说，其截止频率取决于R1，R2。另外，要想保证ξ恒定，只需保证R1＝R2＝R即可。
输出放大电路400的实际电路中将最后的输出放大电路级与上面的高通滤波电路集成在一起，降低元器件数量，降低成本，提高电路的集成度。同相比例放大器包括运放TL081和电阻R14、R16。
稳压电源单元电路500选择将多个稳压器模块集成为一个电源，可同时提供固定输出+5V和固定输出+/-15V。如图10所示，核心元件选用稳压器LM2576和XL4015，电源模块总输入为直流24V，LM2576将输入的+24V电压转化成-15V输出；如图11所示，而XL4015将输入的+24V电压转化成+15V输出；如图12所示，一路直接输出，另一路接入7805的电压输入端(Vin)，将+15V转换成+5V输出。
本发明实施例提出的振动传感器信号调理电路拓扑结构，具有以下优点：
(1)在实际的电荷转换单元电路中，选择TL081芯片作为运算放大器的设计可以防止在低频工作状态下，电路输出产生漂移现象而引起的误差，并且可以保证测量精度。TL081芯片有足够高的输入阻抗，足够低的偏置电流，足够低的失调电压，除此之外，还有高于电荷转换单元电路要求的频带宽度以保证传感器整体的频率特性，有足够高的增益，保证电荷放大器输出的电压值足够大。TL081芯片作为运放带宽上限高于100kHz，开环增益不小于80dB。
(2)选择的滤波电路为二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波电路串联得到的带通滤波器，滤除高频信号和低频以及直流信号，保留测量信号的中频带。将输出放大电路与高通滤波电路集成在一起，降低了元器件数量，降低成本并且提高了电路的集成度，整个电路的增益的调节可以通过改变放大器的增益来实现，并且可以确保放大模块的输入信号与输出信号具有相同的相位。
(3)稳压电源模块利用固定输出集成稳压器来搭建电源，电路结构简单，使用的元器件少；干扰源和瞬态噪声相应大大降低；并且在集成稳压器内部自带过热、短路保护电路，确保器件在安全界限内工作；输出电压基本不受输入电压和负载电流的影响，且最大输出电流在1A左右。
(4)采用该电路拓扑结构设计，能够使得压电振动传感器灵敏度提高、误差减小、可靠性提高。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，包括：电荷转换单元电路、调理放大单元电路、带通滤波单元电路、输出放大单元电路和稳压电源单元电路，其中，
所述电荷转换单元电路，用于将压电陶瓷产生的高阻电荷信号转换成低阻电压信号；
所述调理放大单元电路与所述电荷转换单元电路连接，用于将所述低阻电压信号的电压值进行放大；
所述带通滤波单元电路与所述调理放大单元电路连接，用于对放大后的低阻电压信号中的高频噪声和低频噪声进行滤除；
所述输出放大单元电路与所述带通滤波单元电路连接，用于将带通滤波后的电压信号放大至预设电压信号值；
所述稳压电源单元电路分别与所述电荷转换单元电路、所述适调放大单元电路、所述带通滤波单元电路和所述输出放大单元电路连接，用于提供稳定电源电压。
2.根据权利要求1所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述电荷转换单元电路包括反馈电阻、运算放大器和反馈电容，所述运算放大器选择TL081芯片，其中，所述反馈电阻与所述运算放大器并联，所述运算放大器与所述反馈电容并联。
3.根据权利要求2所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，压电陶瓷片与所述运算放大器的反向端相连，高阻电荷信号通过所述运算放大器的反向端后，再经过所述反馈电容，使所述运算放大器的输出端输出低阻电压信号。
4.根据权利要求3所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述低阻电压信号与所述压电陶瓷片的输入电荷量成正比，与所述反馈电容的容值成反比。
5.根据权利要求1所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述调理放大单元电路采用反相比例放大电路，其中，输入阻抗等于R1，输出阻抗R2趋近于0，平衡电阻为Rp，输出输入比为：
Vo/Vi＝AVF＝-R2/R1
其中，Vo为调理放大单元电路的输出电压值，Vi为低阻电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
6.根据权利要求1所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述带通滤波单元电路包括二阶RC有源低通滤波器和一阶RC有源高通滤波器，所述二阶RC有源低通滤波器和所述一阶RC有源高通滤波器串联，其中，
所述二阶RC有源低通滤波器，用于将所述放大后的低阻电压信号中的高频噪声进行滤除；
所述一阶RC有源高通滤波器，用于对所述二阶RC有源低通滤波器处理后的电压信号中的低频噪声和直流信号分量进行滤除。
7.根据权利要求1所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述输出放大单元电路采用同相比例放大电路，其中，输入阻抗R1为运放自身输入阻抗，输出阻抗R2趋近于0，输出输入比为：
其中，Vo为输出放大单元电路的输出电压值，Vi为带通滤波单元电路滤除后的电压信号的数值，AVF为电压放大倍数。
8.根据权利要求1所述的振动传感器信号调理电路拓扑结构，其特征在于，所述稳压电源单元电路利用固定输出集成稳压器来搭建线性稳压电源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111062889.2A CN113890504A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 振动传感器信号调理电路拓扑结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111062889.2A CN113890504A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 振动传感器信号调理电路拓扑结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113890504A true CN113890504A (zh) | 2022-01-04 |
Family
ID=79008799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111062889.2A Pending CN113890504A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 振动传感器信号调理电路拓扑结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113890504A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713746A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种压电信号调理电路 |
-
2021
- 2021-09-10 CN CN202111062889.2A patent/CN113890504A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713746A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种压电信号调理电路 |
| CN117713746B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-14 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种压电信号调理电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4263068B2 (ja) | 定電圧回路 | |
| CN103838287B (zh) | 一种补偿零点动态调整的线性稳压器 | |
| WO2009030743A2 (en) | Switched capacitor measurement circuit for measuring the capacitance of an input capacitor | |
| CN113890504A (zh) | 振动传感器信号调理电路拓扑结构 | |
| CN112083212B (zh) | 电流传感器及其频率补偿方法 | |
| US7268711B1 (en) | Method and circuit for amplitude compensation in a digital-to-analog converter | |
| FI106411B (fi) | Menetelmä ja järjestely ilmaisimen ja ohjaussignaalin lämpöryöminnän kompensoimiseksi jaksoittaisessa säädössä | |
| CN111404491A (zh) | 一种电压自动补偿的t型电阻网络跨阻放大电路 | |
| CN216873165U (zh) | 一种探测器电路 | |
| US11309855B2 (en) | Charge amplifier circuit for high-temperature piezoelectric transducers | |
| CN109036301A (zh) | 一种基于硬件电路自动补偿的远端电压补偿方法 | |
| CN113410975B (zh) | 一种开关电源 | |
| US4305288A (en) | Temperature sensing circuit | |
| CN111273720B (zh) | 一种用于线性稳压器的补偿零点产生电路 | |
| CN110277909B (zh) | 开关电容变换器、电流控制电路及电流控制方法 | |
| JPH0687529B2 (ja) | 電荷増幅器 | |
| SE436937B (sv) | Kopplingsanordning for omvandling av en motstandsvariation till en frekvensvariation | |
| CN116718816A (zh) | 一种用于飞行器的测试信号接收装置及方法 | |
| CN217543739U (zh) | 一种超低噪声的稳压电路 | |
| JP3161716B2 (ja) | 容量検出回路 | |
| EP0280516B1 (en) | Differential amplifier circuit | |
| US6239643B1 (en) | Offset correction circuit and DC amplification circuit | |
| CN113485507B (zh) | 一种高精度抗噪倍乘控制电压转电流方法 | |
| CN215494756U (zh) | 一种模拟数字双闭环双向恒流源 | |
| CA1165140A (en) | Temperature sensing circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tian Zhongshan Inventor after: Yi Lin Inventor after: Yang Changqun Inventor after: Niu Daodong Inventor after: Liang Jiaming Inventor before: Tian Zhongshan Inventor before: Yi Lin Inventor before: Yang Changqun Inventor before: Niu Daodong Inventor before: Liang Gaming |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |