电路按捺由压电传感器及其电缆发生的容性耦合噪声。
一个典型的压电传感器由外表上金属化电极的PZT-5A陶瓷材料组成。在电极处运用导电环氧将传感器衔接到外部电缆。绝缘胶粘合设备元件到待测结构上,使传感器与接地参阅电位阻隔。压电片面向预期加速度的方向。当安放在方针结构上时,压电片成为简略的压力传感器和加速度计,发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出现很大的电抗,使压电片和电缆易受周围电气设备和电源线的搅扰。传感器远距离安放时,需求运用屏蔽的互连电缆,但即便屏蔽,对去除共模信号也不是彻底有用,由于压电片的导电外表仍会获取噪声。
提取传感器信号的一个办法是运用外表扩大器,它只扩大传感器所发生的电位。扩大器按捺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,相当于简直500 pF的电容。假如丈量运用需求约束鼓励频率在10Hz或更低的动态呼应,传感器输出电抗可到达10几MΩ的规模。电路印制板的绝缘层和周围湿度使扩大器输入阻抗有简直10 MΩ的实践约束。
有必要慎重挑选绝缘办法和运用维护电位,有必要运用输入偏置电流为微微安级的扩大器。不然,传感器电容和扩大器的输入偏置电流电阻,对外表扩大器的信号施加相位偏移。为消除维护和杂乱的绝缘需求,图1电路运用带反应的外表扩大器,丈量传感器短路电流,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。下面的公式描绘了传感器输出电流i和其开路输出电压ES的联系:
图1中,A代表IC1的电压增益,R=R1=R2。电阻R1和R2为IC1(INA121外表扩大器)供给反应和输入偏置电流回路,电阻RG设置扩大器增益。INA121的输入偏置电流为0.5pA,在10MΩ反应电阻上发生5μV电压偏置。扩大器增益为500倍时,IC1输出偏置到达2.5 mV。扩大器IC2 TL081供给单位增益的信号极性改换。
假如2A+1》》2RjωCS,则i≈jωCSES。扩大器IC1输入电压V1变为零,由于扩大器输入终端经过传感器起虚短电路的效果。取外表扩大器和反相扩大器输出、两个反应电阻和外表扩大器输入端子构成回路的电压和(其电位差为零),得到eO=jωRCES,其间eO表明IC1的输出,也是IC2输出的负值。
鄙人面的公式中,用运算扩大器做的积分器IC3给出在IC3输出的ES。
图1中的元器件值,IC1供给500倍增益。电阻R1和R2为10 MΩ,压电传感器的电容为500 pF。对最高频率10Hz,量值为2RωCS=0.6《《2A+1=501和传感器输出ES,也没有相位差错E‘。电路能丈量准静态压力的改动;电路能保持C1上的电荷,从而对电路频率呼应构成约束。
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