用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法及电路技术

本发明专利技术属于电数字数据处理技术领域，公开了用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法及电路。所述方法包括：选取多个IC压电加速度计反向对接安装，构成两个支路，配对使用，使感知到的交变加速度信号彼此之间反相；用匹配晶体管对构成多路恒流源供电；用多片仪表放大器芯片构成差分放大电路，采用直流耦合的连接形式，将多个IC压电加速度计信号引入差分放大电路，抵消直流偏置电压的同时，使交变加速度信号灵敏度加倍；相近似的直流偏置电压相减后为零；利用仪表放大器芯片的高共模抑制比特性，经过二级差分放大，进一步抑制共模噪声。本发明专利技术经过二级差分放大，进一步抑制共模噪声，提高低频宽带测试信号的信噪比。提高低频宽带测试信号的信噪比。提高低频宽带测试信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法及电路


[0001]本专利技术属于电数字数据处理
，尤其涉及一种用于低频振动测量的IC压电加速度计信号调理方法及电路。

技术介绍

[0002]内置IC型的压电加速度计，将传统的压电加速度敏感元件和前置放大电路集于一体封装，具有抗干扰、噪声低、测试信号可以长线传输等特点，现已发展成为标准化的产品体系，其输出接口采用标准同轴电缆接插件，同轴输出接口为2线制：屏蔽线作为地线，芯线是供电线与信号输出线合二为一。使用时，此芯线一方面接恒流源，为内部的IC电路供电；同时芯线接隔直电容，在隔离直流偏置电压的同时将测得的加速度交变信号输出。
[0003]压电加速度计用于低频振动测量，要解决高输出阻抗问题，内置IC的压电加速度计，其内部集成的前置放大电路，完成了阻抗匹配过程，降低了输出阻抗，但内置IC压电加速度计内部的前置放大电路采用的场效应管放大器，需要外部恒流源供电，由于供电线同时也是信号输出线，因此需要外部接隔直电容将场效应管放大器的直流偏置电压隔离，然后将交流信号耦合输出，因此外部隔直电容的选取就很重要，理想情况是，在有效隔离直流电压的同时使交流信号的损失降至最低。但是，由电子电路基本知识可知，电容器工作在电路中，交变信号通过电容时，总是有容抗的存在，而且其容抗值大小与工作频率有关，频率越低，容抗越大，对低频信号的影响越大。用于低频微振动测量压电加速度计的压电陶瓷敏感元件，压电元件自身工作频率可以低至0.05Hz，隔直电容(频率越低，所需隔直电容容值越大)自身容抗也相应高达数百kΩ，这对阻抗匹配提出了很高的要求；而将隔直电容的容抗看作是内置IC的加速度计内阻的一部分来分析，可以看到压电加速度计在实际使用时，传统信号调理电路的外部隔直电容影响到加速计的低频响应。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：实际使用压电加速度计进行低频振动测量时，通常既要求传感器的低频响应又关心测量的信噪比，但现有技术IC型压电加速度计抗干扰、降噪声性能差，不能同时避免使用容性器件来隔离直流电压，使得测试中的信噪比效果差，测试灵敏度精度受影响。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法及电路。具体涉及一种用于低频振动测量的IC压电加速度计信号调理方法及电路。
[0006]所述技术方案如下：一种用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法及电路包括：
[0007]S1，选取两个IC压电加速度计反向对接安装在适配安装座上，构成两个支路，两个配对使用，拾振方向相反，使感知到的交变加速度信号彼此之间反相，而内部IC供电工作方式相同；
[0008]S2，用匹配晶体管对构成两路恒流源，为两个配对后的IC压电加速度计内部IC电路供电，使两个IC电路的直流偏置电压近似相等；
[0009]S3，用多片仪表放大器芯片构成复合差分放大电路，采用直流耦合的连接形式，将两个IC压电加速度计信号引入差分放大电路，抵消直流偏置电压的同时，使交变加速度信号灵敏度加倍；相近似的直流偏置电压相减后为零；
[0010]S4，利用集成仪表放大器芯片的复合差分放大器的高共模抑制比特性，经过二级差分放大，第一级采用对称的交叉输入方式，降低输入端的电位差异引入的输入特性差异，提高输入端的平衡性，从而提高差分型电路的共模抑制比；第二级在第一级差分输出的基础上，通过差分运算进一步抑制共模噪声。
[0011]在一个实施例中，在步骤S1中，多个IC压电加速度计型号相同。
[0012]在一个实施例中，在步骤S2中，多路恒流源的每个恒流源的电路结构一致。
[0013]在一个实施例中，在步骤S3中，复合差分放大电路分为两级差分放大：输入级正负输入端交叉输入，降低参考电位不平衡引入的输入特性差异，两路信号分别在输入端的两个第一级仪表放大器芯片中相减后，共模信号得到削减，差模信号得到加强，再进入第二级仪表放大器芯片进行差分放大；整个复合差分放大电路通道中没有隔直电容；将IC压电加速度计信号引入差分放大电路，直流偏置电压相减后，两个IC压电加速度计输出的直流偏置电压相等，相减后为零，而交变加速度信号是相差180度反相，相减后加倍。
[0014]在一个实施例中，在步骤S4中，复合差分放大器分为两级差分放大，输入级在正负输入端交叉输入，两路信号分别在输入端的两个第一仪表放大器芯片中交叉相减后再进入第二级仪表放大器芯片进行相减差分。
[0015]在一个实施例中，在步骤S4后，信号输出后进入积分电路，反馈回到末级仪表放大器的参考电位输入端，构成伺服反馈回路，降低零点漂移。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种用于低频振动测量的压电加速度计信号调理电路包括：
[0017]采用IC压电加速度计内部有场效应管跟随器构成的前置电路，用于感知交变加速度信号彼此之间反相；
[0018]匹配晶体管对，构成相对一致的双路恒流源，为前置电路供电；通过多片仪表放大器芯片构成的复合差分放大电路，用于采用直流耦合的连接形式，将多个IC压电加速度计信号引入差分放大电路，抵消直流偏置电压的同时，使交变加速度信号灵敏度加倍；相近似的直流偏置电压相减后为零；以及利用仪表放大器芯片的高共模抑制比特性，经过二级差分放大，进一步抑制共模噪声。
[0019]在一个实施例中，所述前置电路包括：
[0020]IC压电加速度计，IC压电加速度计为多个，多个低频的IC压电加速度计反向对接安装，构成两个支路，配对使用，使感知到的交变加速度信号彼此之间反相；
[0021]场效应管跟随器，采用漏级跟随形式将压电元件的电荷信号转变为电压信号输出。
[0022]在一个实施例中，匹配晶体管对包括：多个恒流源分别同时为对应的多个IC压电加速度计供电，产生的直流偏置电压一致。
[0023]在一个实施例中，所述复合差分放大器分为两级差分放大：输入级正负输入端交
叉输入，降低参考电位不平衡引入的输入特性差异，两路信号分别在输入端的两个第一级仪表放大器芯片中相减后，共模信号自然得到削减，差模信号得到加强，再进入第二级仪表放大器芯片进行差分放大；
[0024]信号输出后进入积分电路，反馈回到末级仪表放大器的参考电位输入端，构成伺服反馈回路，抑制低频电路的零点漂移。
[0025]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：
[0026]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0027]为了满足低频宽带振动测量时对于信噪比的要求，同时适应内置IC型压电加速度计的通用同轴电缆输出接口，本专利技术提供一种用于低频宽带振动测量的内部安装IC压电加速度计信号调理方法和硬件电路：通过选取一致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法，其特征在于，所述用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法包括：S1，选取两个IC压电加速度计(A
‑
1)反向对接安装在适配安装座上，构成两个支路，两个IC压电加速度计(A
‑
1)配对使用，拾振方向相反，使感知到的交变加速度信号彼此之间反相，而内部IC供电工作方式相同；S2，用匹配晶体管对(B)构成两路恒流源，为两个配对后的IC压电加速度计(A
‑
1)内部IC电路供电，使两个IC电路的直流偏置电压相等；S3，用多片仪表放大器芯片构成复合差分放大电路(3)，采用直流耦合的连接形式，将两个IC压电加速度计(A
‑
1)信号引入差分放大电路，抵消直流偏置电压的同时，使交变加速度信号灵敏度加倍，直流偏置电压相减后为零；S4，利用集成仪表放大器芯片的复合差分放大器(C)的高共模抑制比特性，经过二级差分放大，第一级采用对称的交叉输入方式，降低输入端的电位差异引入的输入特性差异，提高输入端的平衡性，从而提高差分型电路的共模抑制比；第二级在第一级差分输出的基础上，通过差分运算进一步抑制共模噪声。2.根据权利要求1所述的用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法，其特征在于，在步骤S1中，多个IC压电加速度计(A
‑
1)型号相同。3.根据权利要求1所述的用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法，其特征在于，在步骤S2中，多路恒流源的每个恒流源的电路结构一致。4.根据权利要求1所述的用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法，其特征在于，在步骤S3中，复合差分放大电路(C)分为两级差分放大：输入级正负输入端交叉输入，降低参考电位不平衡引入的输入特性差异，两路信号分别在输入端的两个第一级仪表放大器芯片(C
‑
1)中相减后，共模信号得到削减，差模信号得到加强，再进入第二级仪表放大器芯片(C
‑
2)进行差分放大；整个复合差分放大电路(C)通道中没有隔直电容；将IC压电加速度计(A
‑
1)信号引入差分放大电路，直流偏置电压相减后，两个IC压电加速度计(A
‑
1)输出的直流偏置电压相等，相减后为零，而交变加速度信号是相差180度反相，相减后加倍。5.根据权利要求1所述的用于低频振动测量的压电加速度计信号调理方法，其特征在于，在步骤S4中，复合差分放大器(C)分为两级差分放大，输入级在正负输入端交叉输入，两路信号分别在输入端的两个第一仪表放大器芯片(C
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，王好忠，王良，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：