CN211701988U - 一种用于超限检测的电荷放大电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于超限检测的电荷放大电路，包括电荷信号转换电路和信号放大电路，电荷信号通过所述电荷信号接头P1连接至FET输入运放U2的‑IN引脚，所述FET输入运放U2的‑IN引脚和OUT引脚间还连接有高阻抗输入电阻，所述4位拨码开关S1连接在FET输入运放U1的‑IN引脚和OUT引脚间，所述4位拨码开关S1串联有阻值互不相同的电阻，所述FET输入运放U2的OUT引脚连接至FET输入运放U1的‑IN引脚，所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间通过电阻电容电路连接。使用两片FET输入运放及高阻抗输入电阻保证了放大信号的线性变换、减小了信号失真；配合4位拨码开关S1实现了可靠的电荷放大,并能设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力。
Description
技术领域
本实用新型涉及非现场执法不停车超限检测技术领域，具体涉及一种用于超限检测的电荷放大电路。
背景技术
非现场执法不停车超限检测中，常常使用到石英称重传感器，但是石英称重传感器的输出电荷并不能直接采集，需要对石英称重传感器进行电荷放大处理成电压信号，传统电荷放大器多是针对于振动传感器所设计，经常出现过放大导致信号失真无法保障线性变换，而且电荷放大器参数和石英传感器的电荷及频率有密切关系，当前多采用国外配套电荷放大器，存在价格高、后期维护难的问题，并且放大倍数无法调节，不能保证与采集系统的匹配，导致采集系统采集结果无法达到满量程发挥出最大分辨力。
当前急需一种用于超限检测的电荷放大电路，既要保证放大信号线性变换防止失真，又可以设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力。
实用新型内容
本实用新型为实现既能够保证放大信号线性变换防止失真，又可以设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力，提供了一种用于超限检测的电荷放大电路，使用两片FET输入运放及高阻抗输入电阻，保证了放大信号的线性变换，避免了信号失真，配合4位拨码开关S1实现了可靠的电荷放大,并能够设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：包括电荷信号转换电路和信号放大电路，所述电荷信号转换电路包括电荷信号接头P1和FET输入运放U2，电荷信号通过所述电荷信号接头P1连接至FET输入运放U2的-IN引脚，所述FET输入运放U2的-IN引脚和OUT引脚间还连接有高阻抗输入电阻，所述信号放大电路包括FET输入运放U1、4位拨码开关S1和信号采集接头P2，所述4位拨码开关S1连接在FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间，所述4位拨码开关S1串联有阻值互不相同的电阻，所述FET输入运放U2的OUT引脚连接至FET输入运放U1的-IN引脚，所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间通过电阻电容电路连接。
通过提供上述方案，根据石英称重传感器输出电荷特性，采用FET输入运放U2配合高阻抗输入电阻，把电荷信号转换为电压信号输出，输出的电压信号再经过U1进行放大处理，S1设置信号的放大倍数，使其保持在采集系统的接近满量程范围内，避免信号失真造成测量结果异常的问题，电路简单维护方便。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述FET输入运放U1和FET输入运放U2所采用的型号均为AD8065ARZ-REEL7。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述高阻抗输入电阻包括U2反馈电容C1和U2反馈电阻R6。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述U2反馈电容C1使用CBB电容，所述U2反馈电容C1的参数为0.1uF/100V。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述U2反馈电阻R6使用22M直插碳膜电阻。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间的电阻电容电路连接有瞬态电压抑制二极管D3。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述瞬态电压抑制二极管D3所采用的型号为SMBJ16CA。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述4位拨码开关S1的其中三路各串联有一电阻，剩余一路不串联电阻。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，所述4位拨码开关S1的其中三路串联的电阻阻值分别为20K、50K和100K。
如上所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间连接有U1反馈电阻R1，所述U1反馈电阻R1的阻值为200K。
本实用新型相对于现有技术所取得的有益效果在于：
本实用新型一种用于超限检测的电荷放大电路，使用两片FET输入运放及简单外部电阻电容，电路结构简单；利用高阻抗输入电阻保证了放大信号的线性变换、减小了信号失真；瞬态电压抑制二极管D3保护设备不受导线引入的电压尖峰破坏；配合4位拨码开关S1实现了可靠的电荷放大,不仅保证了放大信号的线性变换，又可以设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
在附图中：
图1为实施例1中各器件连接关系示意图；
图2为实施例1中电荷信号转换电路具体实现示意图；
图3为实施例1中信号放大电路具体实现示意图；
图4为实施例1中4位拨码开关S1示意图。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
参见图1，图1是本实施例1的各器件连接关系示意图，包括电荷信号转换电路和信号放大电路，所述电荷信号转换电路将传感器的电荷信号转换为电压信号，包括有电荷信号接头P1和FET输入运放U2，电荷信号通过所述电荷信号接头P1连接至FET输入运放U2的-IN引脚，所述FET输入运放U2的-IN引脚和OUT引脚间连接有高阻抗输入电阻，输入阻抗大可以得到最大的信号电压，对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响，从而保证了放大信号的线性变换、减小了信号失真；所述信号放大电路由FET输入运放U1、4位拨码开关S1、信号采集接头P2及外围电路组成，所述4位拨码开关S1连接在FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间，所述4位拨码开关S1串联有阻值互不相同的电阻，所述4位拨码开关S1及其串联的电阻决定了最终的放大倍数，所述FET输入运放U2的OUT引脚连接至FET输入运放U1的-IN引脚，所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间通过电阻电容电路连接。本实用新型所提到的连接，既包括直接连接，也包括间接连接如通过电阻电容电路连接，在图1中所展示的仅为本实用新型的示意图，是一种不包含具体连接细节的、对电路器件连接关系的简化表达，从而直观地展现本实用新型的特征。
下面结合图2、图3和图4，阐述本实施例的器件及具体电路连接：
优选的，所述FET输入运放U1和FET输入运放U2所采用的型号均为AD8065ARZ-REEL7，该型号芯片为电压反馈型放大器，是一种具有高性能、高速特点的FET输入放大器，完全符合本实施例对于运算放大器的设计要求。
运放电路常常会用到高阻抗输入电阻，在本实施例中，所述高阻抗输入电阻包括U2反馈电容C1和U2反馈电阻R6，由于任何实际信号源都有内阻，在电压耦合中，后级的输入电阻越大，那么信号源内阻的分压就越小，于是电压信号耦合的程度就越高，从而减小了信号失真。优选的，所述U2反馈电容C1使用CBB电容，CBB电容也称聚丙烯电容，能代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路，所述U2反馈电容C1的参数为0.1uF/100V；所述U2反馈电阻R6使用22M直插碳膜电阻，价格低廉，性能稳定，阻值与功率范围宽，方便手工安装及维修。
所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间的电阻电容电路连接有瞬态电压抑制二极管D3，是目前普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件，能够保护设备不受导线引入的电压尖峰破坏。因此，使用瞬态电压抑制二极管D3对后级的采集系统起到保护作用。
优选的，所述瞬态电压抑制二极管D3所采用的型号为SMBJ16CA。
拨码开关(也叫DIP开关，拨动开关，超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关)，通俗的说也就是一款能用手拨动的微型开关，本实施例所使用的是4位拨码开关S1，共计四个开关(四路)，每个开关都有ON和OFF两种状态，分别对应开关闭合(ON)和开关断开(OFF)，选择其中的三路各串联一电阻，剩余一路不串联电阻。其中三路串联的电阻阻值分别为20K、50K和100K，上述三路开关分别或同时处于ON状态时，相当于将所串联的20K、50K和100K分别或同时接入电路，剩余一路处于ON状态时，该路等效为导线。所述FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间连接有U1反馈电阻R1，所述U1反馈电阻R1的阻值为200K。由于该4位拨码开关S1的四个开关完全相同，每个开关选择连接何种阻值的电阻可自行定义，可按照阻值大小依次连接到4位拨码开关S1上。
电荷信号的放大过程中，电荷信号进入电荷信号接头P1通过R2连接C6、C1，C6连接U2-2引脚，C1连接U2-6引脚，U2-2引脚通过R6连接U2-6引脚，-5V通过C13连接到GND，U2-4引脚通过D2连接-5V供电，U2-4引脚通过C14连接到GND，+5V通过C7连接到GND，U2-7引脚通过D1连接到+5V，U2-7引脚通过C10、C11、C12连接到GND，Data1通过R7连接到U1-2引脚，U1-2引脚通过R4连接到R1，R1连接到U1-6引脚，U1-4引脚连接到-5V通过C8、C9连接到GND，U1-7引脚连接到+5V通过C2、C3连接到GND，U1-6引脚通过C5、C4连接到R9，R9通过R10连接到GND，R9通过D3连接到GND，P2连接OUT输出端口，Data2、Data3连接R1两端，S1-5、6、7、8引脚连接Data3，S1-4通过R8连接Data2，S1-3引脚通过R5连接到Data2，S1-2引脚通过R3连接到Data2，S1-1引脚连接Data2。应当指出，我们引入的Data1、Data2和Data3三个点位，只是为方便划分电路，从而使电路结构更加清晰明了，实际上并不表示三个点位处有断路；同时，运算放大电路作为电学领域的基本电路知识，是本领域内技术人员所熟知的，其实现方式多样，并不局限于本实施例中的方案。
当信号采集接头P2输出的信号范围接近采集系统的满量程时，采集效果最好，因而需要通过不同的放大倍数对输出信号进行放大，下面通过一些简单推导来说明在本实施例中4位拨码开关S1的放大效果。
对于入电荷低频响应频率在0.07Hz以上的石英传感器，通过U2实现电荷信号转换为电压信号，信号变化灵敏度为100pC变化1mV。
低频响应截止频率通过反馈电容C1及漏电电阻R6决定：
fL为低频响应截止频率，C1为0.1uF，R6为22M，通过计算低频响应截止频率为0.072Hz。
信号灵敏度近似于由反馈电容决定：
U0为电荷转电压输出值，Q为电荷变化量100pC,C1为0.1uF，通过计算灵敏度为100pC变化1mV。
放大倍数通过S1实现，放大倍数由
决定其中U0输出电压，UI为输入电压，Rs为拨码开关所选择的电阻值，在本实施例中，我们选定：R1＝200K，R3＝20K，R4＝2K，R5＝50K，R8＝100K。
当S1-1置为ON,S1-2、S1-3、S1-4为OFF，Rs＝0，放大倍数为1倍；
当S1-2置为ON,S1-1、S1-3、S1-4为OFF，Rs＝20K，放大倍数为10倍；
当S1-3置为ON,S1-1、S1-2、S1-4为OFF，Rs＝50K，放大倍数为21倍；
当S1-4置为ON,S1-1、S1-2、S1-3为OFF，Rs＝100K，放大倍数为51倍；
当S1-1、S1-2、S1-3、S1-4为OFF，Rs开路，放大倍数为101倍。
由推导可以看出，因为只有合适的量程才能发挥出最大分辨力，我们可以通过设置不同的放大倍数，使采集系统达到满量程，使数据更加精确。
本实用新型一种用于超限检测的电荷放大电路，使用两片FET输入运放及简单外部电阻电容，电路结构简单；利用高阻抗输入电阻保证了放大信号的线性变换、减小了信号失真；瞬态电压抑制二极管D3保护设备不受导线引入的电压尖峰破坏；配合4位拨码开关S1实现了可靠的电荷放大,不仅保证了放大信号的线性变换，又可以设置放大倍数，使采集系统达到满量程发挥出最大分辨力。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：包括电荷信号转换电路和信号放大电路，所述电荷信号转换电路包括电荷信号接头P1和FET输入运放U2，电荷信号通过所述电荷信号接头P1连接至FET输入运放U2的-IN引脚，所述FET输入运放U2的-IN引脚和OUT引脚间还连接有高阻抗输入电阻，所述信号放大电路包括FET输入运放U1、4位拨码开关S1和信号采集接头P2，所述4位拨码开关S1连接在FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间，所述4位拨码开关S1串联有阻值互不相同的电阻，所述FET输入运放U2的OUT引脚连接至FET输入运放U1的-IN引脚，所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间通过电阻电容电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述FET输入运放U1和FET输入运放U2所采用的型号均为AD8065ARZ-REEL7。
3.根据权利要求1所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述高阻抗输入电阻包括U2反馈电容C1和U2反馈电阻R6。
4.根据权利要求3所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述U2反馈电容C1使用CBB电容，所述U2反馈电容C1的参数为0.1uF/100V。
5.根据权利要求3所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述U2反馈电阻R6使用22M直插碳膜电阻。
6.根据权利要求1所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述FET输入运放U1的OUT引脚和信号采集接头P2间的电阻电容电路连接有瞬态电压抑制二极管D3。
7.根据权利要求6所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述瞬态电压抑制二极管D3所采用的型号为SMBJ16CA。
8.根据权利要求1所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述4位拨码开关S1的其中三路各串联有一电阻，剩余一路不串联电阻。
9.根据权利要求8所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：所述4位拨码开关S1的其中三路串联的电阻阻值分别为20K、50K和100K。
10.根据权利要求1所述的一种用于超限检测的电荷放大电路，其特征在于：FET输入运放U1的-IN引脚和OUT引脚间连接有U1反馈电阻R1，所述U1反馈电阻R1的阻值为200K。
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