[實(shí)用新型]一種用于壓電傳感器的低噪聲電荷放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821490287.0
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN208656723U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董安明;李素芳;于法鵬;舒明雷
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué);山東大學(xué)
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/30;H03F3/70
• 代理公司: 濟(jì)南信達(dá)專利事務(wù)所有限公司 37100
• 代理人: 孫園園

本實(shí)用新型公開了一種用于壓電傳感器的低噪聲電荷放大器，屬于電荷?電壓信號調(diào)理領(lǐng)域，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題為如何采集放大壓電晶體傳感器產(chǎn)生的微弱電荷信號，采用的技術(shù)方案為：其結(jié)構(gòu)包括機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊電壓信號調(diào)理模塊、低通濾波模塊、輸出緩沖模塊和內(nèi)部低噪聲電源調(diào)理模塊，電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與電壓信號調(diào)理模塊連接，電壓信號調(diào)理模塊的輸出端與低通濾波模塊連接，低通濾波模塊的輸出經(jīng)過輸出緩沖模塊送到輸出端口；內(nèi)部低噪聲電源調(diào)理模塊分別連接電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓信號調(diào)理模塊、低通濾波模塊和輸出緩沖模塊為其供電。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電荷-電壓信號調(diào)理領(lǐng)域，具體地說是一種用于壓電傳感器的低噪聲電荷放大器。

背景技術(shù)

壓電晶體可以將力、位移、加速度等輸入物理量變換成電荷量輸出，由這一特性所設(shè)計(jì)的壓電晶體傳感器具有廣泛的應(yīng)用，例如測量加速度、振動、物體形變、壓力等。

根據(jù)壓電傳感器的工作原理，可以將其等效成一個具有高輸出阻抗的微弱電荷源。如何采集放大壓電晶體傳感器產(chǎn)生的微弱電荷信號是目前存在的技術(shù)問題。

專利號為CN1770627A的專利文獻(xiàn)公開了自適應(yīng)型偏置可變增益低噪聲放大器的自動反饋控制方法，該方法由電荷泵充電網(wǎng)絡(luò)將低噪聲放大器輸出信號轉(zhuǎn)換成直流信號，反饋控制低噪聲放大器第一級的增益和第一級的偏置電流。但是是一種“電壓”放大器，其輸入阻抗較低，無法有效地對壓電傳感器的高內(nèi)阻信號進(jìn)行放大，因此無法實(shí)現(xiàn)“電荷”放大器的功能。

專利號為CN104270108A的專利文獻(xiàn)公開了一種電荷放大器，其包括電荷轉(zhuǎn)電壓模塊、可調(diào)電壓放大模塊、可調(diào)低通濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和模擬輸出接口模塊，可調(diào)電壓放大模塊與電荷轉(zhuǎn)電壓模塊連接，可調(diào)低通濾波模塊與可調(diào)電壓放大模塊連接，AD轉(zhuǎn)換模塊和模擬輸出接口模塊分別與可調(diào)低通濾波模塊連接。該技術(shù)方案存在如下不足之處：

(1)、電荷放大器設(shè)計(jì)核心是利用反饋電容和反饋電阻并聯(lián)構(gòu)成集成運(yùn)算放大器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，放大器下限截止頻率取決于反饋電阻和反饋電容的乘積，要實(shí)現(xiàn)比較小的低頻截止頻率需要大的反饋電容或反饋電阻；但是，反饋電容增大會降低電荷放大器的靈敏度，而反饋電阻的增加會增加電路噪聲、導(dǎo)致零點(diǎn)漂移、增加生產(chǎn)成本；

(2)、低通濾波模塊采用了一階低通濾波方案，其過渡帶較寬、阻帶衰減較小；

(3)、該技術(shù)方案未考慮對50Hz工頻干擾進(jìn)行抑制，50Hz工頻干擾極易通過容性耦合向放大器注入顯著電流，這會極大地降低信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的技術(shù)任務(wù)是提供一種用于壓電傳感器的低噪聲電荷放大器，來解決如何采集放大壓電晶體傳感器產(chǎn)生的微弱電荷信號的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，一種用于壓電傳感器的低噪聲電荷放大器，該放大器包括機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊(Q/V 轉(zhuǎn)換模塊)、電壓信號調(diào)理模塊、低通濾波模塊、輸出緩沖模塊和內(nèi)部低噪聲電源調(diào)理模塊，電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與電壓信號調(diào)理模塊連接，電壓信號調(diào)理模塊的輸出端與低通濾波模塊連接，低通濾波模塊的輸出經(jīng)過輸出緩沖模塊送到輸出端口；

內(nèi)部低噪聲電源調(diào)理模塊分別連接電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓信號調(diào)理模塊、低通濾波模塊和輸出緩沖模塊為其供電。

作為優(yōu)選，所述電荷到電壓轉(zhuǎn)換模塊包括運(yùn)算放大器U1A、運(yùn)算放大器 U1B、反饋電容Cf、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2；

其中，運(yùn)算放大器U1A和反饋電容Cf組成電荷轉(zhuǎn)電壓核心電路；運(yùn)算放大器U1B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2構(gòu)成有源 T型反饋網(wǎng)絡(luò)，可以向下擴(kuò)展低頻截止頻率并穩(wěn)定零點(diǎn)漂移。