[实用新型]一种用于压电传感器的低噪声电荷放大器

说明书

本实用新型公开了一种用于压电传感器的低噪声电荷放大器，属于电荷‑电压信号调理领域，本实用新型要解决的技术问题为如何采集放大压电晶体传感器产生的微弱电荷信号，采用的技术方案为：其结构包括机壳，机壳内设置有电荷到电压转换模块电压信号调理模块、低通滤波模块、输出缓冲模块和内部低噪声电源调理模块，电荷到电压转换模块的输出端与电压信号调理模块连接，电压信号调理模块的输出端与低通滤波模块连接，低通滤波模块的输出经过输出缓冲模块送到输出端口；内部低噪声电源调理模块分别连接电荷到电压转换模块、电压信号调理模块、低通滤波模块和输出缓冲模块为其供电。

技术领域

本实用新型涉及电荷-电压信号调理领域，具体地说是一种用于压电传感器的低噪声电荷放大器。

背景技术

压电晶体可以将力、位移、加速度等输入物理量变换成电荷量输出，由这一特性所设计的压电晶体传感器具有广泛的应用，例如测量加速度、振动、物体形变、压力等。

根据压电传感器的工作原理，可以将其等效成一个具有高输出阻抗的微弱电荷源。如何采集放大压电晶体传感器产生的微弱电荷信号是目前存在的技术问题。

专利号为CN1770627A的专利文献公开了自适应型偏置可变增益低噪声放大器的自动反馈控制方法，该方法由电荷泵充电网络将低噪声放大器输出信号转换成直流信号，反馈控制低噪声放大器第一级的增益和第一级的偏置电流。但是是一种“电压”放大器，其输入阻抗较低，无法有效地对压电传感器的高内阻信号进行放大，因此无法实现“电荷”放大器的功能。

专利号为CN104270108A的专利文献公开了一种电荷放大器，其包括电荷转电压模块、可调电压放大模块、可调低通滤波模块、AD转换模块和模拟输出接口模块，可调电压放大模块与电荷转电压模块连接，可调低通滤波模块与可调电压放大模块连接，AD转换模块和模拟输出接口模块分别与可调低通滤波模块连接。该技术方案存在如下不足之处：

(1)、电荷放大器设计核心是利用反馈电容和反馈电阻并联构成集成运算放大器的负反馈网络，放大器下限截止频率取决于反馈电阻和反馈电容的乘积，要实现比较小的低频截止频率需要大的反馈电容或反馈电阻；但是，反馈电容增大会降低电荷放大器的灵敏度，而反馈电阻的增加会增加电路噪声、导致零点漂移、增加生产成本；

(2)、低通滤波模块采用了一阶低通滤波方案，其过渡带较宽、阻带衰减较小；

(3)、该技术方案未考虑对50Hz工频干扰进行抑制，50Hz工频干扰极易通过容性耦合向放大器注入显著电流，这会极大地降低信噪比。

发明内容

本实用新型的技术任务是提供一种用于压电传感器的低噪声电荷放大器，来解决如何采集放大压电晶体传感器产生的微弱电荷信号的问题。

本实用新型的技术任务是按以下方式实现的，一种用于压电传感器的低噪声电荷放大器，该放大器包括机壳，机壳内设置有电荷到电压转换模块(Q/V 转换模块)、电压信号调理模块、低通滤波模块、输出缓冲模块和内部低噪声电源调理模块，电荷到电压转换模块的输出端与电压信号调理模块连接，电压信号调理模块的输出端与低通滤波模块连接，低通滤波模块的输出经过输出缓冲模块送到输出端口；

内部低噪声电源调理模块分别连接电荷到电压转换模块、电压信号调理模块、低通滤波模块和输出缓冲模块为其供电。

作为优选，所述电荷到电压转换模块包括运算放大器U1A、运算放大器 U1B、反馈电容Cf、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2；

其中，运算放大器U1A和反馈电容Cf组成电荷转电压核心电路；运算放大器U1B、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2构成有源 T型反馈网络，可以向下扩展低频截止频率并稳定零点漂移。