一种可用于静态加速度测量的电路及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可用于静态加速度测量的电路及测量装置，测量电路包括MEMS加速度计、直流放大电路单元和供电处理电路单元；所述MEMS加速度计将外部加速度信号转换成对应的电压信号输出，所述直流放大电路单元对所述MEMS加速度计输出的电压信号进行放大调节，并做低通滤波，对带外高频进行衰减，所述供电处理电路单元产生输出的静态工作点电压，同时对滤波后的电压信号进一步放大；得到最终输出电压Vo；从而通过合理分配电流可使激励电流最的小值为2mA。本发明专利技术不仅能够测量静态加速度且兼容IEPE接口，而且可保证2mA外部激励电流下仍能够正常工作，从而兼容现有多数压电式加速度传感器的激励电流范围。度传感器的激励电流范围。度传感器的激励电流范围。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于静态加速度测量的电路及测量装置


[0001]本专利技术涉及加速度的测量电路领域，特别涉及一种可用于静态加速度测量的电路及测量装置。

技术介绍

[0002]在轨道转向架、航空发动机或其他内燃动力机械中，都需要进行振动测量。目前用于测量振动的加速度传感器的敏感单元多采用具有优越特性的输出为电荷的压电效应型压电陶瓷或压电晶体，且为了减少线缆数量，多采用标准的压电集成电路接口(integral electronic piezoelectric，IEPE)。IEPE接口的加速度传感器使用恒流源供电，同时在供电回路上输出电压信号，也即仅需两根信号线即可实现供电和信号的输出，该IEPE接口广泛应用在振动和加速度测量领域，但仍存在如下缺陷：1、敏感单元为压电陶瓷或者压电晶体的压电式加速度传感器，其仅能用于测量动态加速度，无法用于测量静态加速度，例如引力加速度。2、压电式加速度传感器，受压电陶瓷或者压电晶体本身材料、传感器结构型式的影响，其由温度引起的稳定性较差。3、压电式加速度传感器的组装涉及支架、质量块、陶瓷等，组装工序较繁琐，工时多。4、受材料、组装等影响，其灵敏度一致性较差，需通过电荷放大电路进行调节。5、大部分压电式加速度传感器的激励电流下限为2mA，上限一般为10mA或20mA，设计上往往低电流激励是难点。
[0003]于20170531公开的公开号为CN106771353A的中国专利技术揭示了一种加速度传感器，包括：至少适于测量静态加速度的加速度传感器芯体，所述加速度传感器芯体为三线工作加速度传感器芯体；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端和接地端的稳压单元，所述稳压单元为加速度传感器芯体提供稳定的电压；耦接于所述加速度传感器芯体的电源端，输出端和接地端的滤波单元，所述滤波单元为加速度传感器芯体的输出提供降低高频干扰；耦接于所述加速度传感器芯体电源端，接地端和滤波单元的转换单元，所述转换单元用于将加速度传感器芯体的三线工作转换为两线工作。虽然其加速度传感器能够测量静态加速度且兼容IEPE接口，简化了布线并且能够弥补现有的IEPE传感器无静态响应的缺陷，但是电路相对复杂，无防反接、防浪涌或静电等措施且无法保证2mA外部激励电流下仍能够正常工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种可用于静态加速度测量的电路及测量装置，不仅能够测量静态加速度且兼容IEPE接口，而且可保证2mA外部激励电流下仍能够正常工作。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种可用于静态加速度测量的电路，包括MEMS加速度计、直流放大电路单元和供电处理电路单元；所述MEMS加速度计的输出端与所述直流放大电路单元连接，所述直流放大电路单元与所述供电处理电路单元连接，所述供电处理电路单元接受恒流源供电，并分别为所述MEMS加速度计和所述直流放大单元供电；
[0006]所述MEMS加速度计将外部加速度信号转换成对应的电压信号输出，所述直流放大电路单元对所述MEMS加速度计输出的电压信号进行放大调节，并做低通滤波，对带外高频进行衰减，所述供电处理电路单元产生输出的静态工作点电压，同时对滤波后电压信号进一步放大；得到最终输出电压Vo
[0007]所述MEMS加速度计包括加速度传感器芯体U1，所述加速度传感器芯体U1至少适于测量静态加速度，且芯体输出的偏置电压为芯体电源电压的1/2；
[0008]所述直流放大电路单元包括电流激励输入端V+和运算放大器U2；
[0009]所述供电处理电路单元包括电流激励输入端S+、达林顿管Q1和稳压管D3；
[0010]激励电流由所述电流激励输入端S+进入后，分别流向所述运算放大器U2的电流激励输入端V+和所述达林顿管Q1，由所述达林顿管Q1的发射极E分为两路，一路给所述稳压管D3提供稳压电流，一路给所述加速度传感器芯体U1提供电源电流；
[0011]其中，所述激励电流最的小值为2mA，所述加速度传感器芯体U1的工作电流为不超过1mA的静态电流。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种静态加速度的测量装置，其具有第一方面所述的测量电路。
[0013]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术提供了一种可用于静态加速度测量的电路，包括MEMS加速度计、直流放大电路单元和供电处理电路单元；由MEMS加速度计将外部加速度信号转换成对应的电压信号输出，经直流放大电路单元对电压信号进行放大调节，并做低通滤波，对带外高频进行衰减，再由供电处理电路单元产生输出的静态工作点电压，同时对所述滤波后电压信号进一步放大，得到最终输出电压Vo；通过直流放大电路单元和供电处理电路单元对MEMS加速度计进行优化电流分配，可以使激励电流大大降低，最低可达到2mA。
[0014]除此以外还具有如下优点：
[0015]1、采用两线制，即电流激励和电压信号输出在同一根线上，减少线束数量；
[0016]2、MEMS加速度计具有优秀的温度稳定性和参数一致性，在组装过程中可以节省或免去调试工时；
[0017]3、相较于敏感芯体为压电陶瓷或压电晶体的加速度传感器，可以节省组装环节，减少组装工时；
[0018]4、充分结合了MEMS加速度计和IEPE接口两者的优势，简化布线且弥补现有的IEPE传感器无静态响应的缺陷。
[0019]5、可原位替代原有压电式加速度传感器的敏感组件，从而可以沿用原有其他结构件等。
[0020]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0021]下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0022]图1为本专利技术静态加速度的测量电路的基本原理结构示意图；
[0023]图2为本专利技术静态加速度的测量电路激励电流的流向分配示意图；
[0024]图3为本专利技术静态加速度的测量电路的总体电路结构示意图；
[0025]图4为本专利技术MEMS加速度计的电路结构示意图；
[0026]图5为本专利技术直流放大电路单元的电路结构示意图；
[0027]图6为本专利技术供电处理电路单元的电路结构示意图。
具体实施方式
[0028]在专利技术的任何实施例被详细地解释之前，可以理解的，本专利技术不限于陈述于本申请的下面描述或下面图示的结构和组分安排的细节。本专利技术以不同的方式适于其他实施例和被实践或被实施。同样地，可以理解的，于此被运用的措辞和术语是为了描述的目的而不应当被认为是限制。“包含”，“包括”或“具有”和在此它们的变型的运用有意要包含其后列出的项目及它的等同和额外的项目。术语“安装”，“连接”和“耦合”被广泛地应用并且包含既直接又间接地安装，连接和耦合。进一步地，“连接”和“耦合”不受限于物理或机械连接或偶接，并且能包括电学连接或耦合，无论直接或间接。另外，电子通讯和通知可以用包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于静态加速度测量的电路，其特征在于：包括MEMS加速度计、直流放大电路单元和供电处理电路单元；所述MEMS加速度计的输出端与所述直流放大电路单元连接，所述直流放大电路单元与所述供电处理电路单元连接，所述供电处理电路单元接受恒流源供电，并分别为所述MEMS加速度计和所述直流放大单元供电；所述MEMS加速度计将外部加速度信号转换成对应的电压信号输出，所述直流放大电路单元对所述MEMS加速度计输出的电压信号进行放大调节，并做低通滤波，对带外高频进行衰减，所述供电处理电路单元产生输出的静态工作点电压，同时对滤波后的电压信号进一步放大；得到最终输出电压Vo；所述MEMS加速度计包括加速度传感器芯体U1，所述加速度传感器芯体U1至少适于测量静态加速度，且芯体输出的偏置电压为芯体电源电压的1/2；所述直流放大电路单元包括电流激励输入端V+和运算放大器U2；所述供电处理电路单元包括电流激励输入端S+、达林顿管Q1和稳压管D3；激励电流由所述电流激励输入端S+进入后，分别流向所述运算放大器U2的电流激励输入端V+和所述达林顿管Q1，由所述达林顿管Q1的发射极E分为两路，一路给所述稳压管D3提供稳压电流，一路给所述加速度传感器芯体U1提供电源电流；其中，所述激励电流最的小值为2mA，所述加速度传感器芯体U1的工作电流为不超过1mA的静态电流。2.根据权利要求1所述的一种可用于静态加速度测量的电路，其特征在于：所述MEMS加速度计还包括滤波电容C4，所述的加速度传感器芯体U1为三线工作加速度传感器芯体，包括电源输入端VDD、输出端VOUT和接地端VSS，所述电源输入端VDD连接所述达林顿管Q1的发射极E，所述滤波电容C4连接于所述电源输入端VDD，所述输出端VOUT与所述直流放大电路单元连接，所述接地端VSS接地；所述直流放大电路单元还包括电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6，电容C2、电容C6，所述运算放大器U2包括同相输入端+IN，反相输入端
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IN，电压输出端，电源输入端V+，电源输出端V
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；所述同相输入端+IN通过电阻R5连接所述加速度传感器芯体U1的电源输入端VDD；反相输入端
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IN通过电阻R4连接所述加速度传感器芯体U1的输出端VOUT，并分别通过电阻R2、电容C2连接电压输出端，电源输入端V+连接所述电流激励输入端S+，电源输出端V
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接地；所述电阻R5和电阻R6串接分压；所述供电处理电路单元还包括电源端S
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、电阻R1、电阻R3、电容C1、电容C5、开关二极管D1和信号输出端Vcc；信号输出端Vcc的输出电压Vcc的信号线也是激励电流的输入线；电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌鹏，周富强，谢刚，蔡魏威，翁新全，许静玲，柯银鸿，刘瑞林，
申请(专利权)人：厦门乃尔电子有限公司，
类型：发明
国别省市：