基于压电加速度计的速度测量信号调理电路设计1.doc

燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目：基于压电加速度计的速度测量信号调理电路设计 学 院：电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院 基层教学单位： 仪器科学与工程系 学 号 学生姓名 专业（班级） 设计 题目 基于压电加速度计的速度测量信号调理电路设计 设 计 技 术 参 数 压电加速度计的输出信号是加速度信号，将加速度信号积分后，会得到速度信号。设计一种加速度信号调理电路，将加速度信号转换为速度信号。用0-2.5V的直流信号表示0-10米/秒的速度信号。 设 计 要 求 1：完成题目的理论设计模型； 2：完成电路的multisim仿真； 工 作 量 1：完成一份设计说明书（其中包括理论设计的相关参数以及仿真结果）； 2：提交一份电路原理图； 工 作 计 划 周一，查阅资料； 周二到周四，理论设计及计算机仿真； 周五，撰写设计说明书； 参 考 资 料 1:基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计 2：模拟电子技术； 3：电路理论 4：数字电子技术 指导教师签字 基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2011年6月18日 目 录 第1章 摘要…………………………………………………………………………………4 第2章 引言…………………………………………………………………………………4 第3章 电路结构分析 ………………………………………………………………… 5 3.1 基本原理分析………………………………………………………………………5 3.2 电荷放大电路分析……………………………………………………………… 6 3.3 积分电路分析…………………………………………………………………… 8 第4章 参数设计及运算………………………………………………………………… 9 第5章 Multisim仿真分析……………………………………………………………… 11 第6章 误差分析………………………………………………………………………… 12 第7章 心得体会…………………………………………………………………………13 参考文献 ………………………………………………………………………………… 14 摘要 本课程设计基于压电加速度计，电荷放大电路和积分电路组成测量系统，模块化的设计了速度测量和信号调理电路，并对调理电路进行了仿真实验。设计和仿真结果表明：压电加速度计，电荷放大电路和积分电路的正确的配接，能实时、准确地处理信号，能实现精确测量速度的目的。 引言 压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失。由于随着应力的变化电场变化微小，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。积分电路主要用于波形变换、 3.1 基本原理分析 压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比是压电加速度传感器的固有电容，电容大小一般在1000pF左右，是输入电缆等效电容，是输入电缆绝缘电导。是放大器输入电容，是放大器输入电导，是反馈回路电容，是反馈回路电导。 图1. 电荷放大器原理图 由图1知，此放大器是电压并联负反馈电路，从输入端看反馈回路，相当于有的阻抗和输入端阻抗并联，结果使闭环的输入阻抗降低。所以闭环的输入阻抗比开环时低好几个数量级，而且随频率增加而降低。其中，所以有 反馈电容在输入端的作用下增加了（1+A）倍，使输入回路的时间常数，主要由决定。当输入回路的时间常数很大时。，和的影响可以忽略不记，电荷Q只对充电，传感器的电压灵敏度对电缆电容变化的影响大大降低。充电电容增加到（1+A）倍，充电电压降低了（1+A）倍，但是此降低了电压还要经具有开环增益A的放大器放大，结果灵敏度还是没变，而时间常数却增加了（1+A）倍，这就是电荷放大器的实质。 电荷放大器的等效电路图，如图2所示： 图2 电荷放大器等效电路图 由运算放