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A.电荷放大器最大输入电荷量为50000pC
B.电荷放大器适调方式为三位拨盘式数字指示, 适调误差为<1% C.放大器频率范围(-3dB):
加速度 0.3Hz-100kHz
速度 1Hz-10kHz
位移 1Hz-1kHz D.电荷放大器输出最大电压: ±5Vo-p E.放大器测量误差: 加速度为<1%
速度为<2%
位移为<4% F.放大器低通滤波截止频率(-3dB): 五档分别为100kHz、30kHz、10kHz、3kHz、1kHz, 衰减速率为12dB/oct G.放大器噪声电平: 在1nF传感器电容灵敏度条件下折合到输入端时小于10-2pC H.电荷放大器使用环境: 温度为0 -40℃ 湿度为0-80%RH 。
1.多数传感器的感应部分能将机械量转变成微弱的电荷量Q,而且输出阻抗Ra极高。而通过适配电荷放大器就将此微弱电荷变换成与其成正比的电压,并将高输出阻抗变为低输出阻抗。Ca 配接传感器自身电容一般为数千pF,1/2 RaCa决定传感器低频下限。
Cc 传感器输出低噪声电缆电容。一般采用的导线值为100-300pF/米。
Ci 运算放大器A1输入电容典型值3pF 。
2.电荷变换级A1,采用高输入阻抗、低噪声、低漂移宽带精密运算放大器。反馈电容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四档。根据米勒定理,反馈电容折合到输入端的有效电容量是C =(1 K)Cf1。其中K为A1开环增益典型值为120dB,即106倍。Cf1取100pF最小时C约为108pF。假设传感器输入低噪声电缆长度为1000米,则Cc为95000pF。假设传感器Ca为5000pF,则CaCcCiC并联后CaCcCi总电容约为105pF,三者总电容与C相比105pF/108pF = 1/1000。换句话说5000pF自身电容的传感器输出电缆1000米,折合到反馈电容也只影响Cf1 0.1%的精度,而电荷变换级的输出电压为传感器输出电荷Q / 反馈电容Cf1,因此也只影响输出电压0.1%的精度。
电荷变换级的输出电压为Q / Cf1,所以当反馈电容分别为101pF、102pF103pF、104pF时,其输出分别为10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
3.低通滤波器
以A3为核心组成二阶巴特沃斯有源滤波器,元件少,调节方便,通带平坦,可有效地消除高频干扰信号对有用信号的影响。
4.高通滤波器
二阶无源高通滤波器可有效地抑制低频干扰信号对有用信号的影响。
5.末级功放
以A4为核心组成增益,输出短路保护精度高。
6.程控和面板控制参数
为了实现对灵敏度、滤波常数的调整,我们设计了利用USB接口的计算机程控系统,可以通过计算机对相应参数进行调整,同时面板也可以进行显示和调整。
7.过荷级
以A9为核心当输出电压大于10Vp时,前面板红色发光二级管LED闪亮。此时信号发生削顶失真,应降低增益或查找故障。
8.电源
仪器的工作电压为15V。它由AC220V 50Hz经变压器降压整流滤波,再经可调集成稳压电源稳压后得到。
电荷放大器的单位得看传感器的灵敏度单位,和电荷放大器无关,电荷放大器的放大比例unit/V 和传感器灵敏度中的unit的单位是对应的!
电荷放大器工作原理 多数传感器的感应部分能将机械量转变成微弱的电荷量Q,而且输出阻抗Ra极高。而通过适配电荷放大器就将此微弱电荷变换成与其成正比的电压,并将高输出阻抗变为低输出阻抗。Ca ...
电荷放大器工作原理多数传感器的感应部分能将机械量转变成微弱的电荷量Q,而且输出阻抗Ra极高。而通过适配电荷放大器就将此微弱电荷变换成与其成正比的电压,并将高输出阻抗变为低输出阻抗。Ca 配接传感器自身...
电荷放大器-放大器
五、电荷放大器 电荷放大器主要由一个高增益反向电压放大器和电容负反馈组成。输入端的 MOSFET 或 J-FET 提供高绝缘性能,确保极低的电流泄露。 电荷放大器将压电传感器产生的电荷转换为成比例的电压, 用来作为监测和控制过程的 输入量。电荷放大器主要由一个具有高开环增益和电容负反馈的 MOSFET( 半导体场效应晶 体管 )或 JFET(面结型场效应晶体管 )的反向电压放大器组成, 因此它的输入产生高绝缘阻抗, 会引起少量电流泄漏。忽略 Rt 和 Ri,输出端电压为: )( 1 1 1 crt r r o CCC AC C Q U 对于足够高的开环增益,系数 1/AC 接近于零。因此可以忽略电缆和传感器的电容,输 出电压仅由输入端电压和量程电容决定。 r o C QU 电荷放大器可看成是电荷积分器, 它总是在量程电容两端以大小相等, 极向相反的电荷 补偿传感器产生的电荷。 量程电容两端
六、电荷放大器与电压放大器
实验六 电荷放大器与电压放大器 加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。 电荷放大器能将传感器输出的 微弱电荷信号变换成放大了的电压信号, 同时又能将传感器的高阻抗输出变换成 低阻抗输出。压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换 (即电荷—电压 转换),方可用于后续的放大、处理,因此电荷放大器是加速度测量中必不可少 的。下图为电荷放大器的仿真原理图。 下图为电荷放大器仿真的波形图。 用运放构成同相放大器可以实现电压放大。下图为电压放大器仿真的原理 图。 下图为电压放大器的波形图。
SZTL-DH1电荷放大器的概述:北京声振研究所研制的SZTL-DH1电荷放大器广泛应用于航空航天、机械、动力、爆炸、冲击等,与压电加速度计或力传感器配合,其输出电压与输入的电荷量成正比。
SZTL-DH1电荷放大器的技术参数:
1.输入量:信号输入电荷量z最大为100PC
2.开关适调量:三位数
3.传感器灵敏度为1~11PC/ms2
4.输出量:输出电流0~±5mA,输出电压±10V,输出阻抗≤10Ω
磁通量计也叫做麦克斯韦计,是用来测量磁感应强度B和磁通量功的仪器。永磁铁和电磁铁磁极附近区域或地磁场中磁通密度 ( 即磁宾应强度 ) B的测量,无论从实验室的工作还是在教学的演示实验中,都占有重要的位置 。为此,出现了早期的基于探测线圈和电量测量的磁通量计,但早期的电量测量仪器的灵敏度很低,或要使用操作麻烦的示波器进行间接计算。
为了说明电路的工作原理,必须理解集成运放IC的两条设计法则。
集成运放工作于放大器时,可以将两个输入端之间的电压看作零,即两个输入端的电势相等。这是因为集成运放的开环电压放大倍数十分大,输出电压与输入电压之比高达105一105( 如F3140的开环电压增益为106dB ),输入端只要有几百微伏的差动电压,就足以使输出端产生最大输出电压( 如F3140的最大输 出电压为士12V ) 。因此,可以把两个输入端之间的电压看作为零,即把两个输入端的电势看作是相等的。
集成运放工作于放大器时,可以认为输入端不汲取电流。这是因为集成运放只汲取极微小的输入电流 ( 如 F 3140的微小输入电流仅为10PA左右 ) 。
测量开始前,将探测线圈S放在待测磁场中,使磁力线垂直于线圈平面 。分别按一下按钮开关K1 和K2,使电容器C1和C2全部放电。
当把探测线圈S从磁场中取出时 ( 快速取出或慢速取出都行 ),由于穿过线圈的磁通量的变化,线圈中产生感生电动势ε,导致回路中电荷的流动,对电容器C1和C2充电 。
根据集成运放的设计法则2,略去运放的输入电流,可得电容器C1和C2的充电电压U1和U2 为:U1=U2=ε ;式中ε为感生电动势 。
例如取n=1000,A=9.62cm2,R=10kΩ和C=100μF,得灵敏度1.9V/T ,每特斯拉的磁通密度给出1.9伏的示值。
设计常数k可以根据待测磁通密度的大小。在巳确定探测线圈的n 和A两个参数之后,可以采用不同的RC值制成多量程磁通量计。
在常规的磁通量计中,探测线圈必须以冲击的形式快速地从磁场中移出。在仪器中,探测线圈快速或缓速移出都无妨。这是因为电容器上充电电量与探测线圈的移动速度无关,而电量的测量又无需采用冲击电流计测量。
关于仪器的输出电压U0,有两点必须给以充分注意 。
第一点是U0的稳定性取决于集成运放的输入偏置电流的大小,必须采用输入偏置电流很小的集成运放,即高输入阻抗集成运放 。这类运放有单电源馈电型,如F3140,使用方便且电路简单。
第二点是U0有零点漂移,这是由集成运放的输入失调电压和失调电压温漂引起的 。读数前,应调节运放补偿端的调零电位器使伏特计指零端后再测量读数。采用运放F3140的调零电位器Rw的接线法 。
压电式测力传感器
压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉、压场合,通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大,测量范围宽,线性及稳定性高,动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时,可测量准静态力。按测力状态分,有单向、双向和三向传感器,它们在结构上基本一样。
图所示为压电式单向测力传感器的结构图。传感器用于机床动态切削力的测量。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求,否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗,传感器装配前要经过多次净化(包括超声波清洗),然后在超净工作环境下进行装配,加盖之后用电子束封焊。
压电式压力传感器的结构类型很多,但它们的基本原理与结构仍与压电式加速度和力传感器大同小异。突出的不同点是,它必须通过弹性膜、盒等,把压力收集、转换成力,再传递给压电元件。为保证静态特性及其稳定性,通常多采用石英晶体作为压电元件。
压电式加速度传感器
图所示为压缩式压电加速度传感器的结构原理图,压电元件一般由两片压电片组成。在压电片的两个表面上镀银层,并在银层上焊接输出引线,或在两个压电片之间夹一片金属,引线就焊接在金属片上,输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。在压电片上放置一个比重较大的质量块,然后用一硬弹簧或螺栓、螺帽对质量块预加载荷。整个组件装在一个厚基座的金属壳体中,为了隔离试件的任何应变传递到压电元件上去,避免产生假信号输出,所以一般要加厚基座或选用刚度较大的材料来制造。
测量时,将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器感受到振动时,由于弹簧的刚度相当大,而质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小,因此质量块感受到与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力作用。这样,质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应,因此在它的两个表面上就产生了交变电荷(电压),当振动频率远低于传感器固有频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比,即与试件的加速度成正比。输出电量由传感器输出端引出,输入到前置放大器后就可以用普通的测量器测出试件的加速度,如在放大器中加进适当的积分电路,就可以测出试件的振动加速度或位移。
压电式金属加工切削力测量
主要用于金属加工切削力测量。
压电式玻璃破碎报警器
主要用于璃破碎报警器。
2100433B