电流型仪表放大器提升压电加速度计性能

电路抑制由压电传感器及其电缆产生的容性耦合噪声。
一个典型的压电传感器由表面上金属化电极的pzt-5a陶瓷材料组成。在电极处使用导电环氧将传感器连接到外部电缆。绝缘胶粘合装置元件到待测结构上，使传感器与接地参考电位隔离。压电片面向预期加速度的方向。当安放在目标结构上时，压电片成为简单的压力传感器和加速度计，产生正比于压力且平行于压电片极化方向的电压。压电片容性阻抗在低频时呈现很大的电抗，使压电片和电缆易受周围电气设备和电源线的干扰。传感器远距离安放时，需要使用屏蔽的互连电缆，但即使屏蔽，对去除共模信号也不是完全有效，因为压电片的导电表面仍会获取噪声。
提取传感器信号的一个方法是使用仪表放大器，它只放大传感器所产生的电位。放大器抑制出现在传感器各端的共模耦合噪声电位。
典型的微型压电片传感器直径0.125英寸，0.0075英寸厚，相当于几乎500pf的电容。如果测量应用需要限制激励频率在10hz或更低的动态响应，传感器输出电抗可达到10几mω的范围。电路印制板的绝缘层和周围湿度使放大器输入阻抗有几乎10mω的实际限制。
必须谨慎选择绝缘方法和使用保护电位，必须使用输入偏置电流为微微安级的放大器。否则，传感器电容和放大器的输入偏置电流电阻，对仪表放大器的信号施加相位偏移。为消除保护和复杂的绝缘需要，图1电路使用带反馈的仪表放大器，测量传感器短路电流，而不是开路电压。传感器和信号地之间的共模电压vcm来自周围杂散电容耦合带来的噪声源。下面的公式描述了传感器输出电流i和其开路输出电压es的关系：

a代表ic1的电压增益，r=r1=r2。电阻r1和r2为ic1（ina121仪表放大器）提供反馈和输入偏置电流回路，电阻rg设置放大器增益。ina121的输入偏置电流为0.5pa，在10mω反馈电阻上产生5μv电压偏置。放大器增益为500倍时，ic1输出偏置达到2.5mv。放大器ic2tl081提供单位增益的信号极性变换。
如果2a+1>>2rjωcs，则i≈jωcses。放大器ic1输入电压v1变为零，因为放大器输入终端通过传感器起虚短电路的作用。取仪表放大器和反相放大器输出、两个反馈电阻和仪表放大器输入端子构成回路的电压和（其电位差为零），得到eo=jωrces，其中eo表示ic1的输出，也是ic2输出的负值。
在下面的公式中，用运算放大器做的积分器ic3给出在ic3输出的es。

元器件值，ic1提供500倍增益。电阻r1和r2为10mω，压电传感器的电容为500pf。对最高频率10hz，量值为2rωcs=0.6<<2a+1=501和传感器输出es，也没有相位误差e’。电路能测量准静态压力的改变;电路能维持c1上的电荷，从而对电路频率响应构成限制。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。