[發明專利]一種壓電式加速度傳感器

有效

• 申請號: 201710995259.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107782912B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 許凌波;王之劍;程鑫
• 申請（專利權）人: 安徽容知日新科技股份有限公司
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09
• 代理公司: 11396 北京思睿峰知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙愛軍;謝建云

本發明公開了一種壓電式加速度傳感器，包括信號采集電路、濾波電路和運算放大器，其中，信號采集電路具有壓電元件，適于采集表征加速度大小的壓電電荷，信號采集電路布置在運算放大器的反相輸入端和供電輸入端之間；以及濾波電路布置在運算放大器的同相輸入端和供電輸入端之間。

技術領域

本發明涉及設備監測技術領域，尤其涉及一種壓電式加速度傳感器。

背景技術

機械振動監測系統被廣泛用于冶金、石化、電力、化工、造紙、制藥、機械制造等行業。例如在大量的電機、泵、風機、壓縮機、變速箱等機械設備連續工作的應用環境中，通過監測這些旋轉機械的振動幅度、頻率、方向等物理量的變化，能夠及時掌握設備的工作狀態。對關鍵設備一般采用在線監測系統，利用計算機的存儲空間記錄設備的運行參數(包括振動加速度、速度、位移等參數)，這樣，一旦設備出現故障前兆，能夠及時報警并盡可能多的采集故障信息，為了解故障現象和分析故障原因提供可靠的數據，并且系統自動生成日數據庫、歷史數據庫及報警庫。

由于煤礦行業設備現場工況的特殊性，不方便進行大面積、長距離的布線。故常采用半在線式的監測系統，即，用于振動監測的加速度傳感器把采集到的數據實時傳送到采集站，采集站負責將各傳感器采集到的數據進行緩存，然后再由點檢人員定期將采集站內的數據拷貝回上位機。鑒于半在線監測系統全部使用電池供電，因此，為保障系統的續航能力，對于采集站及各傳感器的功耗要求就非常高。

目前，應用于上述監測系統的振動加速度傳感器通常采用內置IEPE電路，這種常規的IEPE型加速度傳感器存在以下缺點：1)傳感器采用24V的供電電壓，通常低功耗采集系統均不支持這么高的供電電壓；2)單個傳感器的功耗大約在48mW附近，功耗過大，這將大大縮短監測系統電池的續航能力；3)傳感器的上電建立時間偏長，通常在2～3秒，對于采用間斷式采集策略的監測系統，如此長的建立時間也是在無端消耗能量。

為此，本發明提出了一種新的加速度傳感器，以滿足檢測系統降低功耗、增強續航能力的要求。

發明內容

為此，本發明提供了一種壓電式加速度傳感器，有效的解決了上述中至少一個問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種壓電式加速度傳感器，包括信號采集電路、濾波電路和運算放大器，其中，信號采集電路具有壓電元件，適于采集表征加速度大小的壓電電荷，所述信號采集電路布置在運算放大器的反相輸入端和供電輸入端之間；以及濾波電路布置在運算放大器的同相輸入端和供電輸入端之間。

可選地，在根據本發明的壓電式加速度傳感器中，信號采集電路包括：布置在供電輸入端(V_ref)與接地端之間的串聯連接的第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)；布置在第一電阻(R₁)兩端的第十電容(C₁₀)和壓電元件(Y₁)，且第十電容(C₁₀)和壓電內核(Y₁)串聯連接；以及第八電阻(R₈)，其一端與運算放大器的反相輸入端相連，另一端連接于第一電阻(R₁)和第二電阻(R₂)之間。

可選地，在根據本發明的壓電式加速度傳感器中，濾波網絡包括：第十一電阻(R₁₁)，其一端與運算放大器的同相輸入端相連，另一端與第九電阻(R₉)和第十一電容(C₁₁)相連；第九電阻(R₉)，其一端與供電輸入端(V_ref)連接，另一端與第十一電容(C₁₁)和第十一電阻(R₁₁)相連；以及第十一電容(C₁₁)，其一端與第九電阻(R₉)和第十一電阻(R₁₁)相連，另一端接地。