亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        壓電傳感器前置信號(hào)接收電路設(shè)計(jì)

        2014-03-26 00:58:33張晉敏唐華杰董珍時(shí)
        儀表技術(shù)與傳感器 2014年12期
        關(guān)鍵詞:電路設(shè)計(jì)偏置壓電

        金 浩,張晉敏,唐華杰,謝 泉,董珍時(shí)

        (1.貴州大學(xué)電子信息學(xué)院,貴州大學(xué)新型光電子材料與技術(shù)研究所,貴州貴陽 550025;2.北京道沖泰科科技有限公司,北京 100000)

        0 引言

        壓電傳感器在橋梁道路狀態(tài)監(jiān)控和電力轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用,這種檢測(cè)方法不僅檢測(cè)結(jié)果精確,而且節(jié)約大量的人力和物質(zhì)成本?,F(xiàn)在運(yùn)用廣泛的是IEPE兩線制壓電傳感器,其特點(diǎn)是將電荷放大器和壓電材料集成到一起,因此具有抗干擾性強(qiáng)、內(nèi)阻低,性能穩(wěn)定、應(yīng)用簡單等優(yōu)點(diǎn)。

        目前,對(duì)應(yīng)不同壓電傳感器信號(hào)的調(diào)理電路非常多,但是對(duì)激勵(lì)電流源設(shè)計(jì)、有源濾波等信號(hào)處理模塊闡述較少,特別是高通有源濾波采用單電源供電無法對(duì)負(fù)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波,曹恒等[1]采用無源濾波的方法處理,但是這種方法帶來的負(fù)面影響較大,濾波頻段會(huì)隨著負(fù)載變化而改變。雙電源供電的方式也會(huì)使整個(gè)電路的穩(wěn)定性降低。

        采用的壓電傳感器偏置電壓為12 V,帶寬響應(yīng)為0.4 Hz~1.3 kHz,總電源采用7.4 V鋰電池,有著很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性和靈活性;通過運(yùn)放設(shè)計(jì)一款電流源,給傳感器提供電源,這樣可以減少電路中芯片數(shù)量從而減少電路的功耗;為了使整體電路更具穩(wěn)定性,采用單電源供電,因此需要對(duì)后端的有源濾波電路進(jìn)行單電源處理,有源高通濾波部分采用加入濾波偏置電壓的方法,使得高通部分的運(yùn)放可以采用單電源供電完成濾波;在信號(hào)處理部分,為了降低對(duì)MCU的性能要求,選用AD8436芯片進(jìn)行RMS均方根計(jì)算處理,在測(cè)量振動(dòng)信號(hào)時(shí),RMS均方根值能夠用于對(duì)異常狀態(tài)檢測(cè);最后在實(shí)際運(yùn)用的過程中,通過MCU對(duì)多路復(fù)用開關(guān)的濾波通帶進(jìn)行選擇,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該產(chǎn)品對(duì)多種異常狀態(tài)檢測(cè)有重要的意義。

        1 壓電傳感器

        壓電傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)可用于非常寬的頻率范圍,并且在較寬的頻率范圍內(nèi)有良好的線性;(2)加速度信號(hào)可以經(jīng)過信號(hào)的電子積分得到位移和速度數(shù)據(jù);(3)在較寬的環(huán)境范圍內(nèi)有較好的精確度。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合,測(cè)量的重點(diǎn)也不同,主要有峰值、峰峰值、平均值和RMS均方根值。而通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的RMS均方根運(yùn)算,能夠說明各個(gè)振級(jí)也與振動(dòng)的能量有關(guān)。

        IEPE型兩線制壓電傳感器結(jié)構(gòu)簡單,一般僅需要2~10 mA的激勵(lì)源,其信號(hào)輸出和激勵(lì)電流源輸入是同一根線。AC192輸出偏置電壓為12 V,它是一種單一軸向的壓電加速度測(cè)量計(jì)。其加速度測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到±80 g,根據(jù)其靈敏度可以計(jì)算輸出信號(hào)電壓±8 V,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選擇測(cè)量范圍確定電源供電電壓有利于降低整體功耗[2]。

        文中所論述的方案是針對(duì)一些正常振動(dòng)狀態(tài)發(fā)生異常情況的狀態(tài)檢測(cè),測(cè)量的是振動(dòng)的RMS均方根值。其加速度范圍要求±2 V,文中針對(duì)這些條件設(shè)計(jì)出滿足要求的電路。

        2 信號(hào)接收電路設(shè)計(jì)

        信號(hào)接收電路設(shè)計(jì)的總體框架圖如圖1所示。整個(gè)接收電路通過STM32作為主控制芯片負(fù)責(zé)和上位機(jī)通信以及電源的通斷;恒流源采用一種運(yùn)放設(shè)計(jì)的方法,這樣增加了電流源的靈活性;為了增強(qiáng)電路的實(shí)用性,采用MCU去選擇不同頻段的濾波電路,這種方法增強(qiáng)了產(chǎn)品適用性,節(jié)約了成本。

        圖1 信號(hào)接收電路總體框架圖

        2.1 壓電傳感器激勵(lì)電流源設(shè)計(jì)

        文中利用低功耗差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)低成本穩(wěn)定電流源,具體設(shè)計(jì)如圖2所示[3]。設(shè)R3的一端和R5的一端分別為VIN+=VCC和VIN-=0,運(yùn)放AMP1的正反向輸入端U+和U-,R4兩端

        為U0和U1

        對(duì)電流源推導(dǎo)如下:

        (1)

        (2)

        運(yùn)放兩端電壓:

        U+=U-

        (3)

        由式(1)~(3)可知:

        VIN+-VIN-=U0-U1

        (4)

        差分輸入電壓出現(xiàn)在R4兩端,取R4=512 Ω,VREF=2 V(參考源選擇ADR440芯片,溫漂3 ppm,誤差1%,1 ppm=10-6);可以得到4 mA的激勵(lì)電流;運(yùn)放AMP1選擇AD8276芯片,其芯片內(nèi)部自帶4個(gè)高精度的40 kΩ電阻,為電路設(shè)計(jì)帶來了方便。

        圖2電路中,電流源的設(shè)計(jì)還加入了運(yùn)放AMP2,可以減少電流源噪聲,也增加該電流源的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力,其仿真結(jié)果如圖3所示。隨著負(fù)載的變化,電流源恒定在4 mA,而實(shí)際電路板的測(cè)試采用鋰電池供電LM2733升壓芯片,對(duì)于放大器AMP2的選擇必須考慮到負(fù)載輸出電壓在AMP2的輸入范圍之內(nèi),由于AC192傳感器偏置電壓是12 V,因此要求恒流源驅(qū)動(dòng)電壓為16 V.

        圖2 傳感器信號(hào)調(diào)制電路

        圖3 參考源2 V 負(fù)載為200~3 000 Ω時(shí)的恒流源仿真

        2.2 濾波器設(shè)計(jì)

        為了檢測(cè)固定的頻率信號(hào)是否在可靠的范圍之內(nèi),可以通過濾波的方式增加精確性。為了在實(shí)際應(yīng)用中更加方便、經(jīng)濟(jì),文中設(shè)計(jì)用多路復(fù)用開關(guān),增加一路濾波選擇。如圖2中的2個(gè)多路復(fù)用開關(guān)TS5A4624,這樣就可以針對(duì)不同頻段的場(chǎng)合,通過MCU的I/O口去選擇不同的濾波頻段檢測(cè)特定的設(shè)備。

        采用巴特沃茲低通和切比雪夫高通進(jìn)行濾波,如圖2中濾波通道中所示的濾波結(jié)構(gòu),濾波效果完全滿足電路需求而且結(jié)構(gòu)簡單,容易調(diào)整。

        在高通濾波中加入了偏置電壓VREF[4],如圖2中帶通濾波電路所示(這里選擇的高通偏置電壓和前面恒流源的參考電壓一致,均為2 V,完全滿足量程要求,而且節(jié)省資源),目的是使整體電路采用單電源供電。高通濾波使用有源濾波,偏置電壓的加入不僅使濾波能夠使用有源濾波,而且為后面的A/D信號(hào)采集提供了方便。

        2個(gè)通道的濾波部分通過Cadence仿真得到的結(jié)果如圖4和圖5所示。

        圖4 低通通道濾波電路仿真

        圖5 帶通通道濾波電路仿真

        3 其他電路的設(shè)計(jì)

        3.1 差分調(diào)整電路

        為了降低電路整體功耗,方便統(tǒng)一后續(xù)器件的供電電壓,在滿足測(cè)量范圍要求的情況下,在信號(hào)濾波前采用差分運(yùn)算的方法降低信號(hào)偏置電壓[5],以和后續(xù)的濾波電路相適合;如圖2所示,設(shè)R8=R12=R2,R9=R10=R1,signal out=(IEPE signal-Vref)(R2/R1),從而得到所需要的理想的電壓范圍。文中運(yùn)放選擇AD8641,它是軌道軌輸出而且供電電壓為10~24 V,采用雙極性工藝,適合差分電路設(shè)計(jì)要求。

        3.2 RMS均方根運(yùn)算電路設(shè)計(jì)

        如果采用A/D直接采樣,使用MCU運(yùn)算,對(duì)處理器的性能要求比較高;而采用AD8436可以精確地計(jì)算出交流信號(hào)的有效值,而且在+5 V單電源供電情況下,電流為350 μA,降低了電路整體功耗。

        圖6電路中,C7和R2構(gòu)成了在交流信號(hào)下放大而直流偏置不變的放大電路,通過R2來調(diào)整實(shí)際信號(hào)的靈敏度。U2是三端電容,用于過濾信號(hào)的高頻,這樣可以更好地增加整體電路高頻頻段的濾波性能。C5、R1和R4為調(diào)試旁路,在文中所述模塊中,前面的濾波電路已經(jīng)將信號(hào)的大小調(diào)理到了0 V以上的合理范圍內(nèi),所以可以根據(jù)實(shí)際情況選擇接法,這樣的冗余設(shè)計(jì)在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中增加了電路的靈活性,以保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成功率;采用這樣的設(shè)計(jì)顯著降低MCU的工作量,給處理器的選擇帶來了方便。

        圖6 均方根運(yùn)算電路

        多路復(fù)用開關(guān)選擇TS5A4264,其導(dǎo)通電阻小于2 Ω,3 dB帶寬為100 MHz,寬范圍的單電源供電。電路測(cè)試表明符合要求。

        4 結(jié)束語

        文中重點(diǎn)介紹了A/D采樣前的加速度傳感器信號(hào)處理部分的電路。該電路已和后續(xù)電路全部調(diào)試成功,文中介紹的調(diào)制電路具有功耗低、可靠性好,易于后端A/D采樣處理等優(yōu)點(diǎn)。該振動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品在工業(yè)故障檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 曹恒,秦穎頎,王春等.IEPE壓電傳感器前置信號(hào)調(diào)理電路 .儀表技術(shù)與傳感器,2012(11):160-162.

        [2] POTTOR D Enhancements to the IEPE1451.2Standard for Smart Transducers.Senceors,1998:42-50.

        [3] GUO D.利用低功耗,單位增益差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)低成本電流源.Analog Dialogue,2009,45(2):12.

        [4] CARTER B,MARTER B.Op amps for everyone.姚劍清,譯.北京:人民郵電出版社,2011.

        [5] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2006.

        [6] SERRIDGE M,TORBEN.壓電加速度計(jì)和振動(dòng)前置放大器 .K Larsen & Srn A/S.DK-2600 Glostrup,1986.

        猜你喜歡
        電路設(shè)計(jì)偏置壓電
        基于40%正面偏置碰撞的某車型仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        基于雙向線性插值的車道輔助系統(tǒng)障礙避讓研究
        中國信息化(2022年5期)2022-06-13 11:12:49
        Altium Designer在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
        電子制作(2019年16期)2019-09-27 09:34:58
        負(fù)反饋放大電路設(shè)計(jì)
        電子制作(2019年23期)2019-02-23 13:21:36
        《壓電與聲光》征稿啟事
        壓電與聲光(2019年1期)2019-02-22 09:46:06
        新型壓電疊堆泵設(shè)計(jì)及仿真
        一級(jí)旋流偏置對(duì)雙旋流杯下游流場(chǎng)的影響
        基于UC3843的60W升壓電路設(shè)計(jì)
        基于壓電激振的彈性模量測(cè)量方法
        壓電復(fù)合懸臂梁非線性模型及求解
        高清日韩av在线免费观看 | 欧美在线a| 国产小视频一区二区三区| 日本午夜剧场日本东京热| 亚洲人交乣女bbw| 又粗又大又黄又爽的免费视频| 亚洲一区二区三区久久蜜桃| 白色白色白色在线观看视频| 激情内射人妻1区2区3区| 国产在线视频一区二区三区| 人妻无码AⅤ不卡中文字幕| 少妇一区二区三区精选| 中国孕妇变态孕交xxxx| 欧洲人妻丰满av无码久久不卡| 日本激情网址| 加勒比av在线一区二区| 国产精品久久久亚洲| 精品久久久久久中文字幕大豆网| 久久中文字幕亚洲精品最新| 亚洲性日韩一区二区三区| 人妻在卧室被老板疯狂进入| 无码专区久久综合久中文字幕| 久久久久亚洲AV无码去区首| 麻豆国产精品一区二区三区| 免费看黑人男阳茎进女阳道视频| 98bb国产精品视频| 精品视频一区二区杨幂| 洲色熟女图激情另类图区 | 亚洲av综合色区无码一区| 无码人妻丰满熟妇区毛片| 国产精品黑色丝袜在线播放| 日韩精品一区二区三区影音视频| 久久伊人精品一区二区三区| 亚洲妓女综合网99| 韩国免费一级a一片在线| 人妖av手机在线观看| 亚洲精品乱码久久久久久久久久久久| 亚洲av在线播放观看| 国产午夜精品视频观看| 亚洲成av人的天堂在线观看| 国产一区a|