一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构，包括集成于同一电路板中的消除漂移电压电路模块、电荷转电压电路模块、减法电路模块，所述消除漂移电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电阻R5、两个电阻R2、两个电容C2，所述电荷转电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电容C1、两个电阻R1，所述减法电路模块包括两个规格相同的电阻R3、两个规格相同的电阻R4、一个运算放大器S1。本发明专利技术较大程度抑制了电荷放大器电压漂移现象以提升输出信号的准确性，较大程度抑制电路共模噪声以提升输出信号的质量，并且可以通过电路参数的调整实现信号放大以实现微弱信号的测量。数的调整实现信号放大以实现微弱信号的测量。数的调整实现信号放大以实现微弱信号的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构


[0001]本专利技术属于通用传感器电路领域，具体涉及一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构。

技术介绍

[0002]随着科学技术的日益发展，压电测量已经从动态高频测量范围延伸至低频乃至准静态测量范围，从高能量的振动波信号测量延伸至人体呼吸信号、地震波等微弱能量信号的测量。电荷放大器是与压电测量配套使用的调理电路，限制压电传感器低频乃至准静态测量范围内使用的一个关键因素就是电荷放大器的电压漂移现象，电压漂移现象会对输出的信号造成极大的误差，并且当漂移到一定程度以后，就会造成测量信号接收不完整的情况。对于电荷放大器，无论准静态信号测量还是动态信号调理都存在着严重的电压漂移现象，这极大程度的限制了压电传感器准静态信号测量与动态中高频信号测量的工程使用。除了电压漂移现象外，在实际的工程使用中存在诸多干扰信号源，使得测量电路信号中夹杂很多噪声，同样会影响获取信号的质量。
[0003]目前为止国内外众多专家学者针对电荷放大器的电压漂移现象展开研究并且取得了一定的研究成果，但是解决问题仍然不够完善，只是侧重于实现准静态信号测量功能实现，提升信号质量，实现微弱信号的测量或者解决电压漂移现象中个别问题进行解决，没有综合考虑多种问题汇合的实际工程应用情况。例如，Emad Alnasser提出了一种较低偏置电流影响的可以实现较低频率下应用的电荷放大器，但他的最低截止频率只能达到0.2Hz，对于结构准静态测量频率远远不够，另外对于降噪性能并未有过多的考虑(E.Alnasser,"ANovel Low Output Offset Voltage Charge Amplifier for Piezoelectric Sensors,"in IEEE Sensors Journal,vol.20,no.10,pp.5360
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5367,15May15,2020,doi:10.1109/JSEN.2020.2970839.)。Blumen等人提出一种消除电压漂移现象的电荷放大器专利，但是并没有解决电路输出信号质量差的问题。(Blumen,Arthur Russell,and Kenneth R.Knowles."Apparatus for reducing offset voltage drifts in a charge amplifier circuit."U.S.Patent No.7,414,466.19Aug.2008.)。Ramanathan等人提出了一种对称结构的电荷放大器电路设计，但是实际测试下来仍然存在严重的电压漂移现象(Ramanathan,Arun K.,Leon M.Headings,and Marcelo J.Dapino."Near static strain measurement with piezoelectric films."Sensors and Actuators A:Physical 301(2020):111654.)。在国内，周凌波等在实验中所用的电荷放大器通过时间常数调整，可以实现基本静态测量，但其使用的通用型电荷放大器输出灵敏度低且没有考虑降噪处理，很难实现微弱信号的检测(周凌波,胡志宽,孙玉东,段勇&吴江海.(2021).水锤冲击过程的准静态测量方法及其不确定度分析..(eds.)第十八届船舶水下噪声学术讨论会论文集(pp.1127
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1134).)。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构，较大程度抑制电路共模噪声以提升输出信号质量，并且可以通过电路参数的调整实现测量信号最终输出放大的电路结构。
[0005]本申请实施例公开了一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构，包括集成于同一电路板中的消除漂移电压电路模块、电荷转电压电路模块、减法电路模块，所述消除漂移电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电阻R5、两个电阻R2、两个电容C2，所述电荷转电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电容C1、两个电阻R1，所述减法电路模块包括两个规格相同的电阻R3、两个规格相同的电阻R4、一个运算放大器S1，
[0006]具体连接方式为：PVDF压电薄膜传感器在感知到外界信息后产生正负电荷信号，分别通过线缆到达所述电荷转电压电路模块的两个运算放大器S1的负反馈输入端，同时其正反馈输入端接地，且其输出端分别连接于所述消除漂移电压电路模块中的电阻R2的一端以及所述减法电路模块中的电阻R3的左端，
[0007]所述消除漂移电压电路模块的两个运算放大器S1的输出端分别经过电阻R5以后分别连接至所述电荷转电压电路模块的两个运算放大器S1的负反馈输入端，且其负反馈输入端连接至其输出端，且其正反馈输入端连接至电阻R2的另一端，
[0008]所述减法电路模块的运算放大器S1的正反馈输入端与负反馈输入端分别连接于两个电阻R3的右端。
[0009]优选地，在上述抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构中，所述消除漂移电压电路模块与所述电荷转电压电路模块与所述减法电路模块三者中的运算放大器S1规格相同。
[0010]优选地，在上述抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构中，电容C2的一端连接于所述电阻R2与所述消除漂移电压电路模块的运算放大器S1的正反馈输入端之间，另一端接地。
[0011]优选地，在上述抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构中，电容C1的两端分别连接于所述电荷转电压电路模块的运算放大器S1的输出端与其负反馈输入端。
[0012]优选地，在上述抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构中，电阻R1的两端分别连接于所述电荷转电压电路模块的运算放大器S1的输出端与其负反馈输入端。
[0013]优选地，在上述抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构中，电阻R4的两端分别连接于所述减法电路模块的运算放大器S1的输出端与其负反馈输入端。
[0014]与现有技术相比，本专利技术较大程度抑制了传统电荷放大器电压漂移现象，较大程度抑制电路共模噪声影响，并且可以通过电路参数的调整实现微弱信号的放大测量。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1所示为传统的电荷放大器电路结构图；
[0017]图2所示为本专利技术实施例中抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构图；
[0018]图3所示为本专利技术实施例中电路设计噪声抑制情况图；
[0019]图4所示为本专利技术实施例中传统电荷放大器电压漂移现象与改进的电荷放大器电压漂移测试图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制电荷放大器电压漂移现象的电路结构，其特征在于，包括集成于同一电路板中的消除漂移电压电路模块、电荷转电压电路模块、减法电路模块，所述消除漂移电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电阻R5、两个电阻R2、两个电容C2，所述电荷转电压电路模块包括相同规格的成对称设置的两个运算放大器S1、两个电容C1、两个电阻R1，所述减法电路模块包括两个规格相同的电阻R3、两个规格相同的电阻R4、一个运算放大器S1，具体连接方式为：PVDF压电薄膜传感器在感知到外界信息后产生正负电荷信号，分别通过线缆到达所述电荷转电压电路模块的两个运算放大器S1的负反馈输入端，同时其正反馈输入端接地，且其输出端分别连接于所述消除漂移电压电路模块中的电阻R2的一端以及所述减法电路模块中的电阻R3的左端，所述消除漂移电压电路模块的两个运算放大器S1的输出端分别经过电阻R5以后分别连接至所述电荷转电压电路模块的两个运算放大器S1的负反馈输入端，且其负反馈输入端连接至其输出端，且其正反馈输入端连接至电阻R2的另一端，所述减法...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超，姜迪午，李鹏飞，孟子然，
申请(专利权)人：西北工业大学太仓长三角研究院，
类型：发明
国别省市：