[發明專利]一種壓電傳感器前置信號接收電路

在審

• 申請號: 201610449552.X
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN107528591A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 祁艷
• 申請（專利權）人: 祁艷
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;G01D5/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種壓電傳感器前置信號接收電路，適用于信息處理領域。

背景技術

壓電傳感器在橋梁道路狀態監控和電力轉動設備檢測中有著廣泛的應用，這種檢測方法不僅檢測結果精確，而且節約大量的人力和物質成木。現在運用廣泛的是IEPE兩線制壓電傳感器，其特點是將電荷放大器和壓電材料集成到一起，因此具有抗干擾性強、內阻低，性能穩定、應用簡單等優點。

壓電傳感器具有以下優點：可用于非常寬的頻率范圍，并且在較寬的頻率范圍內有良好的線性；加速度信號可以經過信號的電子積分得至叮位移和速度數據。在較寬的環境范圍內有較好的精確度。在不同的應用場合，測量的重點也不同，主要有峰值、峰峰值、平均值和KMS均方根值。而通過對振動信號的KMS均方根運算，能夠說明各振級也與振動的能量有關。IEPE型兩線制壓電傳感器結構簡單，一般僅需要2～10mA的激勵源，其信號輸出和激勵電流源輸入是同一根線。AC192輸出偏置電壓為12 V，它是一種單一軸向的壓電加速度測量計。其加速度測量動態范圍可以達到±80g，根據其靈敏度可以計算輸出信號電壓±8 V，根據實際應用情況選擇測量目前，對應不同壓電傳感器信號的調理電路非常多，但是對激勵電流源設計、有源濾波等信號處理模塊闡述較少，特別是高通有源濾波采用單電源供電無法對負電壓信號進行濾波，有人采用無源濾波的方法處理，但是這種方法帶來的負面影響較大，濾波頻段會隨著負載變化而改變。雙電源供電的方式也會使整個電路的穩定性降低。

發明內容

本發明提供一種壓電傳感器前置信號接收電路，電路具有功耗低、可靠性好，工作穩定，不易收干擾影響，易于后端A/D采樣處理等優點。

本發明所采用的技術方案是：

壓電傳感器前置信號接收電路由恒流源激勵電路、差分調制電路、濾波電路、均方根運算電路組成。

所述恒流源激勵電路利用低功耗差動放大器實現低成本穩定電流源，差分輸入電壓出現在R4兩端，運放AMPI選擇AD8276芯片，其芯片內部自帶4個高精度的40 k歐電阻，為電路設計帶來了方便。電流源的設計還加入了運放AMP2，可以減少電流源噪聲，也增加該電流源的驅動負載能力，電流源恒定在4 mA，對于放大器AMP2的選擇必須考慮到負載輸出電壓在AMP2的輸入范圍之內。

所述差分調制電路采用雙極性工藝，在信號濾波前采用差分運算的方法降低信號偏置電壓，以和后續的濾波電路相適合。運放選擇AD8641，它是軌道軌輸出而且供電電壓為10～24 V，適合差分電路設計要求。

所述濾波電路采用巴特沃茲低通和切比雪夫高通進行濾波，在高通濾波中加入了偏置電壓，目的是使整體電路采用單電源供電。高通濾波使用有源濾波，偏置電壓的加入不僅使濾波能夠使用有源濾波，而且為后面的A/D信號采集提供了方便。

所述均方根運算電路中，C7和R2構成了在交流信號下放大而直流偏置不變的放大電路，通過R2來調整實際信號的靈敏度。U2是三端電容，用于過濾信號的高頻，這樣可以更好地增加整體電路高頻頻段的濾波性能C5,R1和R4為調試旁路。而采用AD8436可以精確地計算出交流信號的有效值，而且在+5V單電源供電情況下，電流為350uA，降低了電路整體功耗。

本發明的有益效果是：電路具有功耗低、可靠性好，工作穩定，不易收干擾影響，易于后端A/D采樣處理等優點。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的恒流源激勵電路。

圖2是本發明的差分調制電路。

圖3是本發明的濾波電路。

圖4是本發明的均方根運算電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，恒流源激勵電路利用低功耗差動放大器實現低成本穩定電流源，差分輸入電壓出現在R4兩端，運放AMPI選擇AD8276芯片，其芯片內部自帶4個高精度的40 k歐電阻，為電路設計帶來了方便。電流源的設計還加入了運放AMP2，可以減少電流源噪聲，也增加該電流源的驅動負載能力，電流源恒定在4 mA，對于放大器AMF'2的選擇必須考慮到負載輸出電壓在AMP2的輸入范圍之內。

如圖2, 差分調制電路采用雙極性工藝，在信號濾波前采用差分運算的方法降低信號偏置電壓，以和后續的濾波電路相適合。運放選擇AD8641，它是軌道軌輸出而且供電電壓為10～24 V，適合差分電路設計要求。