[發明專利]電荷放大器及將電荷信號轉換為電壓信號的方法

有效

• 申請號: 201610020548.1
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105703729B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 劉金南;盧洪林;張利民;趙黎;陳大力;李勝斌
• 申請（專利權）人: 中國航空動力機械研究所
• 主分類號: H03F3/70
• 分類號: H03F3/70;H03F1/30
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司11438
• 代理人: 姜怡,闞梓瑄

技術領域

本發明涉及電路技術，具體而言，涉及一種電荷放大器及將電荷信號轉換為電壓信號的方法。

背景技術

在航空發動機或其他內燃動力機械中，都需要測量振動。目前在高溫環境下，用于測量振動的傳感器多采用具有優越特性的壓電效應型傳感器。該類傳感器的輸出通常為電荷信號，因此一般優選方案還需要配用電荷放大器將電荷信號轉換為電壓信號。以壓電振動傳感器為例，所配用的電荷放大器將電荷信號轉換為電壓信號后，可方便地對輸出的電壓信號進行放大、濾波、微積分運算等處理，還可將電壓信號進一步輸送到數字高速采集系統中。其優點是頻率響應范圍寬、使用壽命長、且可用于較惡劣的環境中。

但現有的電荷放大器配用壓電效應型傳感器時，當傳感器溫度急劇變化時，往往會受到瞬變溫度響應的影響，導致電荷放大器削波甚至產生飽和失真，嚴重影響測試數據的準確性。以壓電振動傳感器為例，其瞬變溫度系數可以達到10g/℃左右。在發動機起動過程或加減速過程中，傳感器安裝位置的溫度急劇變化，高達幾十℃，甚至幾百℃，必然會產生相當于幾百到幾千個g的振動輸出電荷量，其遠大于電荷放大器設定的測量范圍，從而引起電荷放大器的削波失真甚至達到深度飽和。

發明內容

本發明提供一種電荷放大器及將電荷信號轉換為電壓信號的方法，能夠有效解決因瞬變溫度而產生的電荷放大器的削波失真問題。

本發明的其他特性和優點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本發明的實踐而習得。

根據本發明的一方面，提供了一種電荷放大器，包括：電荷放大電路，所述電荷放大電路的輸入端接收輸入的電荷信號，所述電荷放大電路的輸出端Out輸出經由所述電荷信號轉換而成的電壓信號；反饋電阻；電子開關，與所述反饋電阻串聯，所組成的串聯支路并聯于所述電荷放大電路的輸入端和輸出端Out之間；輸出電壓檢測電路，耦接于所述電荷放大電路的輸出端Out，用于檢測所述電荷放大電路輸出的所述電壓信號的平均電壓，并根據所述平均電壓輸出控制信號；以及開關控制電路，耦接于所述輸出電壓檢測電路，用于接收所述控制信號，并根據所述控制信號控制所述電子開關的導通與斷開。

根據本發明的一實施方式，所述輸出電壓檢測電路包括：平均電壓檢測電路，與所述電荷放大電路的輸出端耦接，用于檢測并輸出所述平均電壓；反向放大電路，與所述平均電壓檢測電路耦接，用于提供所述平均電壓的反向電壓；第一遲滯反向比較電路，與所述平均電壓檢測電路及所述開關控制電路耦接，用于判斷所述平均電壓負偏離的大小；當所述平均電壓小于負的第一閾值時，向所述開關控制電路發送所述控制信號，以使所述開關控制電路控制所述電子開關的導通；當所述平均電壓小于0且大于負的第二閾值時，向所述開關控制電路發送所述控制信號，以使所述開關控制電路控制所述電子開關的斷開；以及第二遲滯反向比較電路，與所述反向放大電路及所述開關控制電路耦接，用于判斷所述平均電壓正偏離的大小；當所述平均電壓大于正的所述第一閾值時，向所述開關控制電路發送所述控制信號，以使所述開關控制電路控制所述電子開關的導通；當所述平均電壓大于0且小于負的所述第二閾值時，向所述開關控制電路發送所述控制信號，以使所述開關控制電路控制所述電子開關的斷開。

根據本發明的一實施方式，所述平均電壓檢測電路包括：第五電阻、第三電容及第四運算放大器；其中所述第五電阻的第一端與所述電荷放大電路的輸出端耦接，其第二端與所述第四運算放大器的正輸入端耦接；所述第三電容的第一端耦接于所述第四運算放大器的正輸入端，其第二端接地；所述第四運算放大器的負輸入端耦接于所述反向放大電路，所第四運算放大電路的輸出端耦接于所述第一遲滯反向比較電路。

根據本發明的一實施方式，所述反向放大電路包括：第六電阻、第七電阻及第五運算放大器；其中所述第六電阻的第一端耦接于所述第四運算放大器的負輸入端，其第二端耦接于所述第五運算放大器的負輸入端；所述第七電阻并聯于所述第五運算放大器的負輸入端與所述第五運算放大器的輸出端之間；所述第五運算放大器的正輸入端接地，所述第五運算放大器的輸出端耦接于所述第二遲滯反向比較電路。