CN219802310U - 一种传感器压电信号检测电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种传感器压电信号检测电路，属于传感器信号检测技术领域。传感器压电信号检测电路包括：运放电路、反馈电容CF、反馈电阻RF和信号采样单元。所述传感器压电信号检测电路还包括：与待检测传感器串联连接的输入电阻RIN，且输入电阻RIN串联在运放电路的输入回路上；以及，与运放电路的输出端连接的低通滤波单元。本申请通过在压电信号与运放电路的输入端之间串联输入电阻RIN，能够实现输入级的保护，同时能够抑制电路高频的波形畸变，通过在运放电路的输出端连接低通滤波单元，与反馈电容CF和反馈电阻RF构成带通选频网络，能够针对特殊场景信号频段进行精确提取和识别。
Description
技术领域
本申请涉及传感器信号检测技术领域，尤其涉及一种传感器压电信号检测电路。
背景技术
传感器的压电信号处理采用电荷模型时，通用的检测方法是采用如图1所示的电荷采样电路，利用电荷采样电路将传感器由于外在形变产生的电荷信号转换为电压信号，由此得到传感器的压电信号。
然而在实际应用中，受传感器本身容抗、传输线的内阻及线缆杂散电容等的影响，电荷采样电路增益的高频部分会有畸变，低频时信号特征丢失，导致电荷采样电路不能有效反馈传感器端的信号变化。
实用新型内容
本申请提供一种传感器压电信号检测电路，能够抑制电路高频波形畸变，准确识别有效频段的压电信号，同时降低信号在幅度上的衰减。技术方案如下：
本申请的实施例提供一种传感器压电信号检测电路，包括：运放电路、反馈电容CF、反馈电阻RF和信号采样单元，所述反馈电容CF和所述反馈电阻RF并联连接，且分别串联在所述运放电路的反相输入端与输出端之间，所述运放电路的输出端与所述信号采样单元连接；所述传感器压电信号检测电路还包括：
与待检测传感器串联连接的输入电阻RIN，且所述输入电阻RIN串联在所述运放电路的输入回路上；以及，
与所述运放电路的输出端连接的低通滤波单元。
可选地，所述输入电阻RIN包括至少一个电阻。
可选地，当所述输入电阻RIN包括一个电阻时，所述电阻与所述待检测传感器串联，且所述电阻串联在所述运放电路的输入回路上；
当所述输入电阻RIN包括多个电阻时，所述多个电阻之间串联和/或并联之后，与所述待检测传感器串联，且串联在所述运放电路的输入回路上。
可选地，所述低通滤波单元包括：输出电阻RL和输出电容CL；
所述输出电阻RL串联在所述运放电路的输出端与所述信号采样单元之间；
所述输出电容CL的一端与所述信号采样单元连接，另一端接地。
可选地，所述传感器压电信号检测电路还包括：反馈电阻RF1、反馈电容CF1和偏置电压VREF；
所述反馈电阻RF1与所述反馈电容CF1并联连接；
所述反馈电阻RF1和所述反馈电容CF1并联连接后的一端与所述偏置电压VREF连接，另一端与所述运放电路的同相输入端连接。
可选地，所述反馈电阻RF1的阻值与所述反馈电阻RF的阻值相同；
所述反馈电容CF1的电容值与所述反馈电容CF的电容值相同。
可选地，所述传感器压电信号检测电路还包括：包络检波单元。
可选地，所述包络检波单元包括：二极管D1、二极管D2和电阻RM；
所述二极管D1和所述二极管D2并联后，串联在所述运放电路的输出端与所述信号采样单元之间；
所述电阻RM与所述输出电容CL并联连接。
本申请的上述技术方案的有益效果是：
本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路包括：运放电路、反馈电容CF、反馈电阻RF和信号采样单元，反馈电容CF和反馈电阻RF并联连接，且分别串联在运放电路的反相输入端与输出端之间，运放电路的输出端与信号采样单元连接。特别的，本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路还包括：与待检测传感器串联连接的输入电阻RIN，且所述输入电阻RIN串联在运放电路的输入回路上，以及还包括与运放电路的输出端连接的低通滤波单元。本申请通过在压电信号与运放电路的输入端之间串联输入电阻RIN，能够实现输入级的保护，同时能够抑制电路高频的波形畸变，通过在运放电路的输出端连接低通滤波单元，与反馈电容CF和反馈电阻RF构成带通选频网络，能够针对特殊场景信号频段进行精确提取和识别。
附图说明
图1为现有的电荷采样电路的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的一种传感器压电信号检测电路的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的另一种传感器压电信号检测电路的结构示意图；
图4为本申请实施例中输入电阻RIN的结构示意图一；
图5为本申请实施例中输入电阻RIN的结构示意图二；
图6为本申请实施例中输入电阻RIN的结构示意图三；
图7为本申请实施例公开的再一种传感器压电信号检测电路的结构示意图；
图8为本申请实施例公开的再一种传感器压电信号检测电路的结构示意图；
图9为本申请实施例公开的再一种传感器压电信号检测电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本申请的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
如图2所示，本申请实施例提供一种传感器压电信号检测电路，包括：运放电路10、反馈电容CF 20、反馈电阻RF 30和信号采样单元40，其中反馈电容CF 20和反馈电阻RF 30并联连接，且分别串联在运放电路10的反相输入端与输出端之间，运放电路10的输出端与信号采样单元40连接。特别的，本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路还包括与待检测传感器50串联连接的输入电阻RIN 60，且输入电阻RIN 60串联在运放电路10的输入回路上；以及，还包括与运放电路10的输出端连接的低通滤波单元70。
反馈电容CF 20的电容值取决于输入信号的大小和输入信号低频频率。理想模型下，传感器压电信号检测电路增益A＝CF/CS，其中CS表示传感器的容值，CF为反馈电容的容值，CF主要决定输出信号的增益。
反馈电阻RF 30主要是为了形成电路的负反馈，保持静态工作点的稳定，其阻值会影响输出信号回归基准点的时间和底噪。阻值过小，会导致泄放快，信号幅值会被衰减；阻值过大会导致噪声变大，同时回归基准的时间会变长。通常反馈电阻RF 30的阻值一般取值1MΩ以上。
本申请实施例中反馈电容CF 20与反馈电阻RF 30共同构成高通滤波单元，高通滤波单元决定了输入信号的低频截止频率FL。
本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路还包括与运放电路10的输出端连接的低通滤波单元70，低通滤波单元70决定了输入信号的高频截止频率FH。
如图3所示，作为本申请的一种可选实施例，本申请实施例中的低通滤波单元70可以包括：反馈电阻RL 71和反馈电容CL 72。
反馈电阻RL 71串联在运放电路10的输出端与信号采样单元40之间；
反馈电容CL 72的一端与信号采样单元40连接，另一端接地。
本申请实施例中，反馈电阻RL71和反馈电容CL 72组成低通滤波单元70，能够对高于FH频段的信号进行衰减。
需要说明的是，实际应用中低通实现的形式多样化，为实现更窄的过渡带，将干扰和噪声滤除的更彻底，低通部分可以采用二阶或三阶低通滤波，加上二阶或三阶低通的设计。本申请对此不作限定。
本申请实施例中，反馈电阻RF 30和反馈电容CF 20组成高通滤波单元，通过调节反馈电阻RF 30和反馈电容CF 20的大小，可以调节频率截止点FL(FL＝1/(2π*RF*CF))，对低于FL频段的信号进行衰减；反馈电阻RL 71和反馈电容CL 72组成低通滤波单元，通过调节反馈电阻RL71和反馈电容CL 72的大小，可以调节频率截止点FH(FH＝1/(2π*RL*CL))，对于高于FH频段的信号进行衰减。本申请实施例由FH和FL构成有效信号的通频带，实现对有效信号的拾取。
本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路在运放电路10的输入回路上串联输入电阻RIN 60后，在高频信号段可以有效限制电流的快速增长，从而使高频信号的变化减弱，幅度减小，这不仅可以有效保护运放电路10的输入端，防止瞬态激励过冲损伤运放电路，还能够抑制信号在高频段的畸变。
本申请实施例中，输入电阻RIN 60包括至少一个电阻。
结合图2、图3并同时参考图4、图5、图6所示，当输入电阻RIN 60包括一个电阻时，图2、图3中的输入电阻RIN 60即为该一个电阻，该一个电阻与待检测传感器50串联，且串联在运放电路10的输入回路上。
当输入电阻RIN 60包括多个电阻时，如图4、5、6所示，该多个电阻之间可以在串联和/或并联之后，与待检测传感器50串联，且串联在运放电路10的输入回路上。
可以理解的，本申请对于输入电阻RIN 60的实现形式不作限定。
为便于描述，申请人将以图7所示输入电阻RIN60包括两个电阻RIN1、RIN2，且电阻RIN1、RIN2、带检测传感器50串联连接为例继续说明。
在图7所示基础上，如图8所示，本申请实施例提供的传感器压电信号检测电路还可以包括：反馈电阻RF1 80、反馈电容CF1 90和偏置电压VREF 100；
所述反馈电阻RF1 80与所述反馈电容CF1 90并联连接；
所述反馈电阻RF1 80和所述反馈电容CF1 90并联连接后的一端与所述偏置电压VREF 100连接，另一端与所述运放电路10的同相输入端连接。
本申请实施例中，偏置电压VREF 100为电路提供偏置电压，使输出的有效信号在偏置电压上下波动，以达到利用单电源检测双向信号的目的。
反馈电阻RF1 80和反馈电容CF1 90的作用在于为运放电路10的输入端提供阻抗匹配，保证运放电路10的两个输入端的输入电阻值一致，提高放大电路的性能。因此，本申请实施例中优选地，反馈电阻RF1 80的阻值与反馈电阻RF 30的阻值相同，反馈电容CF1 90的电容值与反馈电容CF 20的电容值相同。
本申请实施例调节电路中的参数(参数包含反馈电阻RF 30、反馈电容CF 20、反馈电阻RF1 80、反馈电容CF1 90)，使其实现电荷采集放大的同时，作为低频信号的截止点，与输出级的高频截止点电路组成带通选频，从而实现对有效频段压电信号精确识别。
进一步地，作为本申请的一种可选实施例，如图9所示，本申请提供的传感器压电信号检测电路还可以包括：包络检波单元200；
所述包络检波单元200包括二极管D1、二极管D2和电阻RM；
所述二极管D1和所述二极管D2并联后，串联在所述运放电路10的输出端与所述信号采样单元40之间；
所述电阻RM与所述输出电容CL 72并联连接。
包络检波(envelope-demodulation)是基于滤波检波的振动信号处理方法，通常采用二极管进行单向过滤后再进行低通滤波，尤其对初期故障和信噪比较低的故障信号识别能力强。将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线，这两条线就叫包络线。包络线是反映高频信号幅度变化的曲线。
本申请实施例通过进一步增加由二极管D1、D2和电阻RM组成的包络检波单元200，能够有效减小输出信号的抖动。本申请实施例通过包络检波单元200在扩展带宽的基础上实现将高频部分的信号平滑处理。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种传感器压电信号检测电路，包括：运放电路、反馈电容CF、反馈电阻RF和信号采样单元，所述反馈电容CF和所述反馈电阻RF并联连接，且分别串联在所述运放电路的反相输入端与输出端之间，所述运放电路的输出端与所述信号采样单元连接；其特征在于，所述传感器压电信号检测电路还包括：
与待检测传感器串联连接的输入电阻RIN，且所述输入电阻RIN串联在所述运放电路的输入回路上；以及，
与所述运放电路的输出端连接的低通滤波单元。
2.根据权利要求1所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，所述输入电阻RIN包括至少一个电阻。
3.根据权利要求2所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，
当所述输入电阻RIN包括一个电阻时，所述电阻与所述待检测传感器串联，且所述电阻串联在所述运放电路的输入回路上；
当所述输入电阻RIN包括多个电阻时，所述多个电阻之间串联和/或并联之后，与所述待检测传感器串联，且串联在所述运放电路的输入回路上。
4.根据权利要求1所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，所述低通滤波单元包括：输出电阻RL和输出电容CL；
所述输出电阻RL串联在所述运放电路的输出端与所述信号采样单元之间；
所述输出电容CL的一端与所述信号采样单元连接，另一端接地。
5.根据权利要求1-4任一项所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，所述传感器压电信号检测电路还包括：反馈电阻RF1、反馈电容CF1和偏置电压VREF；
所述反馈电阻RF1与所述反馈电容CF1并联连接；
所述反馈电阻RF1和所述反馈电容CF1并联连接后的一端与所述偏置电压VREF连接，另一端与所述运放电路的同相输入端连接。
6.根据权利要求5所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，
所述反馈电阻RF1的阻值与所述反馈电阻RF的阻值相同；
所述反馈电容CF1的电容值与所述反馈电容CF的电容值相同。
7.根据权利要求4所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，所述传感器压电信号检测电路还包括：包络检波单元。
8.根据权利要求7所述的传感器压电信号检测电路，其特征在于，所述包络检波单元包括：二极管D1、二极管D2和电阻RM；
所述二极管D1和所述二极管D2并联后，串联在所述运放电路的输出端与所述信号采样单元之间；
所述电阻RM与所述输出电容CL并联连接。
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