壓電傳感器前置放大電路分析
這樣,兩極板間的開(kāi)路電壓為:

因此,壓電傳感器可以等效為一個(gè)如圖2(c)所示的與電容并聯(lián)的電荷源,也可等效為一個(gè)如圖2(d)所示的與電容串聯(lián)的電壓源。
2.2 壓電傳感器的兩種前置放大電路
壓電傳感器本身的內(nèi)阻很高(Ra≥1010Ω),而輸出的能量信號(hào)又非常微弱,因此,它的信號(hào)調(diào)理電路通常需要一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器作為阻抗匹配,然后方可采用一般放大、檢波、指示等電路,或者經(jīng)功率放大至記錄器。壓電傳感器的測(cè)量電路關(guān)鍵在于高輸入阻抗的前置放大器。
壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用:一是把壓電式傳感器的高輸出阻抗變換成低阻抗輸出;二是放大壓電傳感器輸出的微弱信號(hào)。壓電傳感器的輸出信號(hào)可以是電壓,也可以是電荷。因此,前置放大器也有兩種類型:一種是電壓放大器,它的輸出電壓與輸入電壓(傳感器的輸出電壓)成正比;另一種是電荷放大器,其輸出電壓與傳感器的輸出電荷成正比。
2.2.1 電壓放大器
壓電傳感器與電壓放大器連接的等效電路如圖3所示。圖中,Cc為連接電纜的分布電容,Ri和Ci分別為放大器的輸入電阻和電容,R=Ra ∥Ri,C=Cc+Ci。如果壓電元件沿x軸方向受到正弦力F=Fmsinωt的作用,則在垂直x軸表面所產(chǎn)生的電荷Q與電壓ua均按正弦規(guī)律變化,即:

上式表明,當(dāng)ωτ>>1時(shí),傳感器輸出電壓與作用力的角頻率ω無(wú)關(guān),一般取φτ≥3就可近似看作Uim與ω無(wú)關(guān)。即測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)τ一定時(shí),壓電式傳感器高頻響應(yīng)很好。本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/175827.htm
當(dāng)ωτ3,即被測(cè)作用力變化緩慢,此時(shí)如果測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)也不大,就會(huì)造成傳感器的靈敏度降低。下限截止頻率ωL與時(shí)間常數(shù)τ應(yīng)滿足:
ωLτ≥1 (8)
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評(píng)論