系统工作原理如图2所示。测量系统工作时,压电式传感器安装在待测物体上,传感器外接信号变换器。当待测物体受到冲击产生加速度时,传感器产生压电效应,将加速度转换为电荷量,通过高精度电荷放大器将电荷量变换为电压量,再经信号调理电路处理后得到与被测加速度成比例的电压输出
2 变换器调理电路设计
调理电路器件主要有高精度运算放大器TL062ID、低通滤波器MAX7410和电源模块KDY-24D1212。
2.1 放大电路设计
高精度运算放大器TL062ID在调理电路中起信号转换放大、控制低频和电压偏置作用,如图3所示。
在电路中,Vi为传感器信号输入,运算放大器U1A部分将传感器输入的电荷信号转换为电压信号;反馈电容C2依据计算公式Q=CU可以改变,用于信号放大和调节电压大小;电容C3起“隔直通交”作用,隔断运算放大器U1A部分自身产生的直流信号,导通传感器并转换后的交流信号,同时控制输出信号的下限频率。
该电路的电压输出范围设计为0~5 V,运算放大器U1B部分用于电压偏置,并设零位基准电压为2.5 V,可以将传感器测得的正负加速度方向的电压输出保持在0~5 V内;稳压管D1限高电压为5.6 V,对低通滤波器MAX7410起到保护作用。
2.2 滤波电路设计
由于带宽范围的要求,需要对信号进行滤波处理,滤除频响范围之外的信号和噪声,设计中采用低通滤波器MAX7410,该滤波器带外衰减快,保证所需带内信号的输出,如图4所示。
在电路中,信号从Vo输入,经过滤波处理,从Vo’输出;电阻R5电容分压限流,保护滤波器MAX7410;C4用于控制带内高频上限并滤除高频带外信号。
2.3 电源电路设计
测试系统由外部电源提供+28 V工作电压,内部采用电源模块KDY-24D1212将+28V电压转换成士12 V电压两路输出,一路为运算放大器提供工作电压,一路输出到其它电源芯片上。