基于LabVIEW的电荷放大单元性能测试系统设计.pdfVIP

第三届全国信息与电子工程学术会议、四川省电子学会曙光分会第十四届学术年会暨院青年科协第八届学术年会论文集 19 基于LabVl EW的电荷放大单元性厶几…1：．．-ra、i．1试系统设计 王讳玮王彩霞吴付岗 (中国工程物理研究院结构力学研究所四川 绵阳621900) 摘要本文论述了电荷发生的原理，应用该原理进行了电荷发生装置的研制，并基于LabVIEW 组建了电荷放大单元性能测试系统，实现了电荷放大单元性能的自动测试，为电荷放大单元的高频 和低频性能调试和测量提供了手段。 关键词 mⅥEW电荷放大单元测试系统 1 引言 目前国内外测振系统中所用传感器多为电荷量式的传感器，其敏感元件多为石英晶片或者压电 陶瓷片，振动时传感器产生一定量的电荷，通过对产生的电荷进行测量来获取振动时的相关参数。 电荷量的测量一般使用电荷放大器完成，因此电荷放大器的可靠性和精度将直接影响振动参数测试 的可靠性和精确度。电荷放大器的核-Lj,eP电荷放大单元电路。在电荷放大单元研制过程中，需要较 宽频率范围的电荷源作为电荷放大单元的输入信号，才能对电荷放大单元的低频和高频响应性能进 行较好地调试测量。 目前国外生产的电荷源一般作为静态电荷校准用，国内对电荷放大单元(电荷放大器)进行计 量检定时，通过标准电容将电压转换成电荷作为电荷源，电荷源和测量系统分立，而且对高频和低 频测量并未有明确的测量方式。本文采用模拟电荷信号源，利用计算机自动完成对电荷放大单元电 路的性能测试。 2系统硬件设计与实现 测试系统由电荷发生装置和测试及控制等部分组成，采用标准电容对电压进行积分实现电荷的 发生；利用高精度的电荷放大器，对电荷发生装置的性能进行测试。利用电荷发生装置，引入计算 机控制及数据处理，实现对电荷放大单元性能的自动测试。系统整体框图如图1所示。 图l 电荷放大单元性能测试系统框图 20 基于LabVIEW的电荷放大单元性能测试系统设计 2．1 电荷发生装置设计 对电荷发生的原理进行研究是开展电荷发生装置设计的基础和关键。确定了采用电容对电压进 行积分的方法产生电荷。积分原理公式如下- dQ=Cdu (1) sin(ca+缈) (2) “=“o 由式(1)、式(2)可推出式(3)： Q=C【Uodsin(耐+力 (3) 式中：Q一电荷量值，单位为pC； C一电容值，单位为pF； 甜，砌一电压，单位为V； ‘l，～电压角频率，单位为rad／s； f一时间，单位为s； 西一初始相角，单位为lad。 由以上式(1)、式(2)、式(3)可以看出，要得到比较稳定的电荷，与积分电容和积分电压 均有关系。需要选用精度要求较高、介质损耗系数较小、稳定性也较好的电容作为积分电容，而且 积分的电压要稳定。电压信号的频率较高或是积分的电容较大时，要求电压输出电路要具有较强的 驱动能力；电荷值设计在lopc～105pC之间可调，需要实现积分电压的可调节。针对以上需求，要 实现电荷的发生要有积分转换、负载驱动电路、增益控制电路、电压信号源四部分。由电压信号源 提供电压信号，电压信号经增益控制电路调节输出，再经积分转换成电荷输出。 2．1．1积分转换 电压通过电容积分转换成电荷是电荷发生的原理。选用精度较高，介质损耗系数较小，而且稳 定性也较好的标准电容作为积分转换的元件。应用标准电容进行了试验，证明原理可行。积分电容 中的一只作为积分电容：频率不大于10Hz，采用1000pF的标准电容作积分电容。积分电路对信号 的输入和电路的噪声要求高，需要尽量减少各种干扰和噪声，设计了专用的屏蔽盒减少测试时可能 带来的干扰。 2．1．2负载驱动电路设计