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压电薄膜传感器的原理和有用电路设计

压电薄膜传感器的原理和实用电路设计-在非倾斜应用(短时加速)中,可以将压电检波器或压电薄膜传感器用作传感器。任何类型的压电传感器都有一个与电容串联的交流电压源等效电路(加上其他会产生二阶效应的电抗元件,不在此进行分析)。典型的容值为几百皮法到几纳法。电压源的电容耦合就是为什么器件不能提供稳态的倾斜度测量的原因。

加快度计能够用在外表中,丈量加快度(速度对时刻的改动率)和丈量歪斜度(物体的纵轴和与地球表面相切的平面的垂线之间构成的倾角)。歪斜度丈量能够被当作“直流”或稳态丈量。在理论上,加快度能够是稳态的,但在实践运用傍边,加快度通常是一个短期的暂时现象。

在非歪斜运用(短时加快)中,能够将压电检波器或压电薄膜传感器用作传感器。任何类型的压电传感器都有一个与电容串联的沟通电压源等效电路(加上其他会发生二阶效应的电抗元件,不在此进行剖析)。典型的容值为几百皮法到几纳法。电压源的电容耦合便是为什么器材不能供给稳态的歪斜度丈量的原因。

上面说到的等效电容,再加上输入或后继的扩大或缓冲电路的分流电阻就构成了一个单极高通滤波器(HPF)。在最好的状况下,假如分流电阻越大,高通滤波器中极点的时刻常数越长。这就意味着,在时刻常数效应削弱丈量前,能够对加快度进行丈量的时刻较长。

从有用性的视点动身(考虑到器材的可用性),能够选用1GΩ的阻值。由于这个电阻值很大,所运用的扩大器有必要具有十分低的偏置或走漏电流,最好能到达1pA的等级。

图1是一个有用电路的电路图。压电薄膜传感器是器材X1。在原型规划傍边,运用了丈量专用的 LDTM-028K器材。这个传感器的一端现已施加了一个很小的重力,在这端再添加大的重力,能够进步灵敏度。传感器经过R1连到运放U1的非反向输入端,R1可防止过压对运放的输入形成危害。假如传感器接受的加快度十分高(如重击),就很或许发生这种状况。R1也能够用来减小来自X1的信号幅值。这个电路中的R1是1GΩ。R2是输入分流电阻,1pA的走漏电流会流过R2,其数值也是1GΩ,发生1mV的偏置电压(加到运放的实践偏置电压上)。R2接 2.5V的参阅电压,设定运放的静态输出电压。运放是ISL28158(或任何其他具有超低输入偏置/走漏电流的器材)。运算扩大器运用+5V DC电源供电。直流增益由R3和R4设定,在这个电路中是+2V/V。1μF的电容器(C3)构成了低通滤波器,减小了电路对更高频振荡的呼应。这儿最好用薄膜电容器,由于陶瓷电容器或许引进附加的厌烦的压电效应(即常说的颤噪效应)。假如需求额定的低通滤波,在运放的输出端,即图中的R5和C4,能够添加一个额定的极点。

压电薄膜传感器的原理和有用电路规划

把X1安装到电路板上,这样重力就会加到电路板的下面,传感器会在所要丈量加快度的方向上曲折

调小R1可进步灵敏度。调整C3和C4可改动低通滤波器的时刻常数。

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