一种微弱电荷信号的调理电路设计

在现代工业、军事等领域,动态测试中冲击的精确测量起到重要的作用。在研究压电加速度传感器的基础上,设计了针对微弱冲击电荷信号的放大及调理电路,并对前级电荷放大电路、后级高通滤波、低通滤波以及放大调理电路进行了逐级分析计算,对压电冲击传感器及电荷放大调理电路进行了整体扫频等测试。经过试验测试,电路在通频带内具有良好的平坦度,在截止频率外,信号急剧衰减,在2倍通频带处衰减可达-60 dB。在高温60℃、低温-40℃环境下,输出振幅偏差小于3%,已成功应用于工程实践中。     

一种压电加速度传感器调理电路设计

通过分析压电加速度传感器对其调理电路的要求,提出选用电荷放大器作为压电加速度传感器的测量电路,采用集成运放芯片取代大量的分离元件进行优化设计,从而提高电路的集成度,简化电路的复杂度,使得整个电路体积小,功耗低,寄生因素少和抗干扰性能强。同时,对调理电路在调试与试验过程中出现的干扰噪音和漂移等问题进行细致的理论分析,并采取有效措施予以排除,最后通过与标准电荷放大器进行比较测试试验分析,验证了所设计的压电加速度传感器信号调理电路是可行和可靠的。     

基于PVDF的足底测力系统研究

为实现人体不同路况运动过程中的步态识别,研制出一种便于穿戴的鞋垫式足底测力系统。以PVDF压电薄膜为传感材料,设计足底传感器。采用由电荷放大电路、滤波电路及电压放大电路组成的信号系统对传感器输出信号进行采样及处理,进行了电荷放大电路中的反馈电阻与反馈电容的实验测试选型分析研究。进行了平地行走、楼梯行走及斜坡行走的实验,实验表明,该足底测力系统具有良好的灵敏度与测量精度,并且采用PVDF内嵌在鞋垫的结构,使得测力系统适用于不同模式行走运动的检测。     

基于卡门涡街的静电感应粉尘浓度检测装置的设计

针对现有的静电感应粉尘浓度测量装置对低浓度、小粒径的粉尘测量不精确的问题,依据卡门涡街的原理,提出在测量管道中安装一个三角柱,来提高粉尘粒子的运动速度和改变粒子的运动趋势,从而增大静电传感器的感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit2.4建立实验模型,通过Fluent6.3对优化的测量装置进行气固两相流仿真,得到管道内粉尘粒子的速度云图和压力云图。根据环形静电传感器的感应电荷计算式,计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:优化的装置感应电荷量提高约40%,有效提高粉尘在低浓度、小粒径情况下的测量精度。     

一种 MEMS 三维电场传感器抗电荷干扰方法研究

三维电场传感器具有广泛的应用需求。在传感器应用环境中存在空间电荷的条件下,带电粒子有可能在电场传感器表面产生电荷积累,对电场检测造成干扰,这是影响测量准确性的一个关键因素。尤其对于MEMS三维电场传感器,尚缺乏相关的机理研究和解决方案。针对这个问题,作者探究了表面电荷积累对传感器感应待测电场的影响,分析了电荷积累产生的干扰与传感器结构尺度的关系,并通过有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性。在此基础上,提出一种通过对传感单元感应信号的差分解算消除传感器表面电荷积累对电场测量影响的方法。本文研制出抗电荷干扰的三维电场传感器样机。实验表明,在0～30 kV/m待测电场范围内,传感器测量误差在4.2%以内。     

用于感应式磁传感器低噪声前置放大器的研制

感应式磁传感器是频率域电磁法(FEM)中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成,其中前置放大电路是影响磁感应式磁传感器性能指标的核心因素。为了增加感应式磁传感器探测深度和微弱磁场信号的能力,要求前置放大电路具有宽频带和低噪声等性能。基于磁通负反馈的原理设计并研制了斩波前置放大器,有效抑制了感应线圈的输出噪声,使感应线圈谐振频率两侧具有平坦的幅频特性曲线,拓宽了感应式传感器的响应频带。在屏蔽室内对斩波前置放大器的性能指标进行了测试,其频带范围为0.001Hz~10 k Hz,输入噪声为槡3.75 n V/Hz,为感应式磁传感器在实际中的应用提供了性能保障。     

变频式差胀涡流传感器的研制

为了配合汽轮发电机组状态监测系统中的差胀测试要求,研制了变频式差胀涡流传感器.介绍了变频式涡流传感器的工作原理,根据测出的位移与频率的关系数据,提出了一种线性化数学模型.设计了传感器测量电路,探讨了消除材料敏感性的方法,并对变频式差胀涡流传感器进行了标定和相关性能测试.该传感器的优点是可以提供频率和电压两种信号输出,频率输出可以有效提高信号传输的抗干扰能力,便于数据采集和处理,而电压输出则可以直接得到位移量.现场实验结果表明,变频式差胀涡流传感器分辨率和精度高,抗干扰能力强,性能稳定可靠.     

振动传感器信号调理电路设计及分析（英文）

基于压电式传感器能把振动或冲击的加速度转换成与之成正比的电荷这一原理,提出了该类型传感器的等效电路。设计了基于采集测量系统的压电式传感器电荷/电压转换电路,分析了电路中关键元器件——反馈电容的温度特性对于转换电路输出的影响,对不同类型滤波器进行了特性分析,并根据实际传感器带宽配置了相应滤波电路。通过试验表明,该信号调理电路能有效滤除振动信号中的噪声信号,并能获取精确的振动信号。     

气路静电传感器信号处理电路设计及仿真分析

针对航空发动机气路静电传感器输出信号微弱且易受外在及固有噪声影响的特点,设计了一种新型静电信号处理电路。基于静电传感器感应电极的等效电路模型,设计高输入阻抗FET运算放大器作为采集模块,采集输入信号并实现电流值到电压值的转换;进一步利用低噪声测量放大器作为信号放大模块将微弱信号放大;使用直流电池作为电路供电模块,以隔绝外在电缆引入的工频干扰。对电路的增益、带宽及噪声特性进行分析,通过Multisim软件进行电路仿真;最后通过实际信号测试对电路的信号处理效果进行验证。仿真及测试实验结果表明:设计的电路能够有效放大静电信号并减少毛刺噪声,具有良好的处理效果。     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法

电容耦合式非接触电压测量在实际测量中,探头-导线之间的耦合电容受导线线径、绝缘材质、相对位置偏差的影响,造成分压关系难以确定从而无法准确重构电压。本文提出一种基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法,以实现在实际测量中传感器增益的自标定。首先介绍电容耦合电压测量的基本原理,从中凝练存在的问题并提出基于阻抗变换的自校准方法,随后通过仿真对系统参数进行校准精度影响分析并给出参数选取原则。在此基础上,开发传感器探头及电路拓扑。最后进行传感器样机精度测试、抗干扰能力测试、场景适应性测试,精度测试显示电压幅值最大相对误差为0.59%,相位相对误差为0.76%,抗干扰能力测试表明同轴探头对周围耦合电场具有良好的屏蔽作用。场景适应性测试显示在进行不同类型线路的测试中,最大相对误差为1.24%。     

基于热释电探测器的人体红外感应单元设计

针对现有的人体定位系统中红外感应单元探测距离小、信号处理复杂等问题,提出了一种基于热释电探测器的红外感应单元。通过锗窗口光学透镜对热释电探测器进行调制,减小感应视场角度,提高感应方向性和抗干扰能力,设计信号调理电路对输出信号进行放大滤波。采用锥形外形结构增强聚焦能力,拉长探测距离,便于实现大范围定位。实验结果表明红外感应单元的最远探测距离达到45 m,并绘制了红外感应单元的感应视场图。     

PVDF压电传感器信号调理电路的设计

设计PVDF压电传感器信号调理电路,详细介绍前置放大、工频陷波和低通滤波电路的设计原理.利用数字示波器对PVDF压电传感器信号调理电路进行测定.试验结果表明设计的信号调理电路工作稳定可靠、重复性好、噪声小,抗干扰能力强,工频及工频倍频陷波效果明显,信号处理实时、准确,PVDF压电传感器能够用于工业现场信号检测.     

压力信号调理模块设计及应用

在分析压力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了压力传感器信号的调理电路并对其进行了现场试验研究。结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可广泛应用于工业压力传感器信号检测现场及类似的其他场合。     

新型抗漂移载荷传感器的设计与应用

藏荷传感器的漂移问题是影响示功图测试精度的关键因素,而传统载荷传感器都有一定的缺点,不能满足油田生产的要求.从改变弹性体材料、增加应力感应范围以及消除电路温度漂移等角度进行了新型抗漂移载荷传感器的设计.现场试验的分析结果表明,该载荷传感器的非线性误差很小,对功图的形状、载荷的测量没有影响,完全满足现场要求,在胜利油田应用中已取得良好的效果.     

集成式多功能振动信号测试系统的研制

针对目前振动信号测试系统的不足之处,研制了集成式多功能振动信号测试系统,适用于多路加速度及位移信号感应、滤波及放大处理、数据采集及分析.系统由传感器、集成式信号采集装置、计算机系统组成.集成式采集装置集信号调理电路、数据采集电路、通信电路、电源电路于一体,其中信号调理电路和数据采集由计算机编程控制,使软件与硬件有机结合在一起.系统自带电源,结构紧凑,集成度高,携带使用方便,测试操作简单易学,应用范围广.最后,经试验测试效果很好.     

基于巴特沃斯滤波器的舰载转速采集电路设计

为了提高舰载设备的转速采集精度与抗干扰能力，保障舰船设备的安全稳定运行，采用巴特沃斯滤波器设计了一种能够实时高精度检测接近开关传感器输出脉冲信号并对输入接线断线状态进行实时检测的电路。分析了转速采集电路、巴特沃斯低通滤波电路、断线检测电路的原理与设计方法。通过转速采集电路实现了接近开关输出脉冲信号的实时采集，通过三阶巴特沃斯滤波器滤除了输入信号中混杂的高频干扰信号，同时传感器断线检测电路可以实时判断传感器输入通路的断路状态。仿真及实测结果表明，所设计的转速采集电路性能稳定，精度较高，抗干扰能力强，对比传统转速采集装置更加可靠，可进一步推广应用到需要精确可靠监测旋转设备转速的复杂环境场合。     

基于555多谐振荡器检测的碳纳米管湿敏传感器

针对使用仪器检测电容型碳纳米管湿度传感器的电容信号不利于传感器的使用与推广问题,提出了一种基于555多谐振荡式电路检测的电容型碳纳米管湿度传感器.首先,分析了传感器工作原理以及检测电路的检测原理,设计并制作了电容型碳纳米管湿度传感器;然后,分别使用仪器及检测电路对传感器进行测试;最后,对传感器响应时间进行了测试与分析....     

高阻运放CA3140在压电式加速度传感器信号调理电路中的应用

针对当前动态测试领域通用的压电式加速度传感器测量电路存在的问题,本文提出采用模块化、集成化设计方法,采用集成芯片CA3140进行信号调理电路的设计,以降低电路设计成本、提高电路的信噪比、增强电路的稳定性和可靠性。该电路由电荷放大器、适调放大器、低通滤波器、高通滤波器、输出放大器等部分组成。试验表明:该电路功能齐全、实用可靠,具有较高的性价比,可广泛应用于设备、结构的动态监测和故障、缺陷的无损检测。     

桥梁线形测量系统研究与实现

针对大跨度桥梁健康监测中的桥梁纵断面线形测量需求,设计了一种适合室外工作环境的高精度倾角测量系统。该系统通过倾角传感器对桥梁倾角进行差分测量,微控制器对倾角信号进行过采样,并对测量数据进行零点校正、温度补偿等处理,对通信接口电路进行抗雷击设计。通过测试比对,该桥梁线形测量系统具有精度高、抗干扰能力强、性价比高等特点,能满足实际桥梁线形测量需求。