Основные разделы


Измерительные цепи пьезоэлектрических преобразователей

Основным элементом измерительных цепей пьезопреобразователей являются предусилители. Главной задачей предусилителей является преобразование высокого входного комплексного сопротивления этих преобразователей в более низкое, допускающее непосредственное соединение пьезопреобразователей с анализирующей или регистрирующей аппаратурой. К другим задачам предусилителей относятся:

согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины, с параметрами сигналов (в частности, чувствительностью) используемой аппаратуры;

усиление сигналов;

фильтрация обрабатываемых сигналов и, следовательно, исключение ненужных или нежелательных составляющих этих сигналов.

Вместе с преобразователями применяют предусилители, образующие две группы:

) усилители заряда, выходное напряжение которых пропорционально поступающему на их вход заряду. Нужно подчеркнуть, что эти усилители не усиливают электрический заряд;

) усилители напряжения, выходное напряжение которых пропорционально поступающему на вход напряжению. [1]

Применению усилителей заряда отдается предпочтение в большинстве современных виброметрических систем. [4] Это отображается в ассортименте изготовляемых, например, фирмой «Briiel & Kjer» предусилителей для вибродатчиков, в котором практически отсутствуют усилители напряжения. Основное преимущество усилителей заряда заключается в том, что они совершенно исключают влияние длины соединительных кабелей на общую чувствительность и, следовательно, допускают применение соединительных кабелей практически любой длины. [5] .Изменение длины соединительного кабеля в системе, содержащей усилитель напряжения, обусловливает необходимость подстройки коэффициента усиления используемой аппаратуры и повторной калибровки системы.

Входной каскад усилителей заряда состоит из операционного усилителя с емкостной обратной связью. [6] Операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной связи, по существу, является электронным интегратором, интегрирующим поступающий на его вход электрический ток.

Эквивалентная электрическая схема усилителя заряда, соединенного с пьезоэлектрическим преобразователем, показана на рис. 7.

э - электрический заряд, отдаваемый пьезоэлементом акселерометра и пропорциональный ускорению механических колебаний; Cпэ - емкость пьезоэлемента; Rпэ - сопротивление пьезоэлемента; Ск - емкость соединительного кабеля и соответствующих соединителей; Rk - сопротивление соединительного кабеля и соответствующих соединителей; Свх - емкость входной цепи пред усилителя; Rbx - сопротивление входной цепи пред усилителя; Соc - емкость цепи обратной связи; Roc - сопротивление цепи обратной связи; А - коэффициент усиления операционного усилителя; Ubыx - выходное напряжение усилителя.

Сопротивления пьезоэлемента, входной цепи и цепи обратной связи предусилителя обычно имеют большие значения. Следовательно, показанную на рис. 4.1 эквивалентную электрическую схему можно упростить и представить в показанном на рисунке 8 виде: [7]

На этом рисунке:

пэ - общий ток, вызванный зарядом, который отдает пьезоэлемент; Iс - ток от Сс, Iос - ток, протекающий в цепи обратной связи операционного усилителя.

Входное и выходное напряжения предусилителя (Ubx и Ubыx) связаны друг с другом выражением:

усилитель заряд пьезоэлектрический преобразователь

Для напряжения Uoc можно написать выражение:

Входной ток идеального операционного усилителя равен нулю. Показанные на рис. 4.2 токи связаны по закону Кирхгофа уравнением:

Учитывая другие параметры показанной на рис. 8 эквивалентной схемы, для токов 1пэ, 1с и Ioc можно записать следующие выражения:

После подстановки этих выражений в приведенное выше уравнение Кирхгофа получается выражение:

Решение этого дифференциального уравнения можно получить путем интегрирования. Постоянные, соответствующие исходным напряжениям постоянного тока на выходе операционного усилителя, полагаются равными нулю. Это вполне допустимо ввиду того, что всякого рода напряжения смещения при активной работе операционного усилителя быстро уменьшаются до нуля. Следовательно, решение упомянутого уравнения можно представить в виде: [7]

Перейти на страницу: 1 2 3

Прочитайте еще и эти статьи:

Цифровой милливольтметр
Необходимо разработать схему цифрового милливольтметра, которая должна содержать аналогово-цифровой преобразователь, дешифратор и индикатор, показывающий измеренное значение. Так как по заданию напряжение питания схемы 10В и уровень вхо ...

История создания радио
Радио - технология беспроводной передачи информации посредством электромагнитных волн радиодиапазона . Технические методы и средства, с помощью которых это делается, составляют предмет радиотехники. Научным фундаментом которой является ради ...

© Copyright 2019 | www.techattribute.ru