[发明专利]一种恒流源供电电荷放大系统

说明书

本发明公开了一种恒流源供电电荷放大系统，系统涉及传感器信号处理领域。采用恒流源供电、电压信号输出，可实现将输入输出共用至一条信号线，并通过使用公共地线，实现二线制工作模式。系统具体包括：外壳、电荷电压转换模块、隔直模块、放大模块、射极跟随模块、基准电压源模块。系统具体原理为：电荷电压转换模块可将压电晶体输出的电荷信号转换为电压信号，电压信号经过隔直模块滤除直流信号，经过放大模块放大，最后经过射极跟随模块输出。恒流源通过基准电压源模块产生基准电压，为传感器信号提供电平参考，为整个系统供电。

技术领域

本发明涉及传感器信号处理技术领域，具体为一种用于压电传感器电荷信号处理的恒流源供电电荷放大系统。

背景技术

当压电晶体受到外力作用而产生变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。利用这一现象，可将压电晶体用于制造检测力、位移、加速度等物理量的传感器，常见的如压电加速度传感器。

压电传感器以压电晶体作为敏感元件，具有体积小、重量轻、频带宽、结构简单、工作可靠等优点。现在已经广泛应用于航空、船舶、桥梁和建筑的振动测试、信号分析、振动校准、机械动态实验等领域。但压电元件受力后产生的电荷量少，信号极其微弱，可以等效为一个高输出阻抗的电荷源，这给后接测量电路带来一定困难。而电荷放大系统具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点，它可以对电荷信号进行阻抗转换，将其转化为易于采集的电压信号，同时具备放大增益、滤波等功能。

传统的电荷放大系统，电路结构需要电源单端或双端供电，供电线、信号线及地线需要单独走线，对信号线的数量、布线及成本要求较多。而采用恒流源供电的电荷放大系统，可以将传感器信号线减少至二线制，精简电路结构，增加可靠性。二线制电荷放大系统的特点是要在内部将恒定电流转化为电压，为系统各个模块供电。而现有的二线制电荷放大系统中的电流转电压模块所需元器件较多，结构较为复杂，对成本及可靠性要求较高。因此，有必要提出一种方案，来解决上述问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高输入阻抗、低输出阻抗，抗干扰能力强，采用恒流源供电的压电传感器电荷放大系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种恒流源供电电荷放大系统，系统具体包括：外壳、电荷电压转换模块、隔直模块、放大模块、射极跟随模块、基准电压源模块。系统具体原理为：电荷电压转换模块可将压电晶体输出的电荷信号转换为电压信号，电压信号经过隔直模块滤除直流信号，经过放大模块放大，最后经过射极跟随模块输出。恒流源通过基准电压源模块产生基准电压，为传感器信号提供电平参考，为整个系统供电。

作为优选的技术方案，所述外壳包括壳体、BNC头1、BNC头2，BNC头1为所述电荷放大系统输入端，BNC头2为所述电荷放大系统输出端。

作为优选的技术方案，所述电荷电压转换模块包括运算放大器U1A、反馈电容C1，输入电阻R1。所述反馈电容C1与所述输入电阻R1并联后，一端与所述运算放大器U1A反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U1A输出端连接，形成反馈电路；所述运算放大器U1A反相输入端再与所述BNC头1连接；所述运算放大器U1A接地端与公共地连接，再与权利要求3所述BNC头1连接。

作为优选的技术方案，所述隔直模块包括隔直电容C3。

作为优选的技术方案，所述放大模块包括运算放大器U1B、电阻R5、电阻R2、电容C2。其具体结构为所述电阻R5一端与所述隔直电容C3连接，另一端与所述运算放大器U1B反相输入端连接；所述电容C2与所述电阻R2并联，一端与所述运算放大器U1B反相输入端连接，另一端与所述运算放大器U1B输出端连接，构成放大电路。放大倍数A等于：

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