专利名称：压电陶瓷传感器检测电路结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电路结构技术领域，特别涉及传感器检测电路结构技术领域，具体是指一种压电陶瓷传感器检测电路结构。
背景技术：
目前，现有技术中对于压电陶瓷传感器的测试是通过测试一些常规参数来判断传感器的性能优劣，这些参数包括:介电性能(包含介电常数、介电损耗因子、介电频率等)、压电常数、机电耦合系数、电滞回线等。对于每个参数需要采用特定的测试设备和测试方法，比如:介电常数测量需要用到LCR仪；介电频率需要用到精密阻抗分析仪；通过谐振-反谐振方法得到反谐振频率Fa和谐振频率Fr，从而计算机电耦合系数Kp等。由此可以看出，对于一个产品的性能测试需要通过多道工序、多种评价方法才能够得到正确的结果，这个过程显然过于繁琐且缺乏效率，并且对于特定用途的压电传感器并不能有针对性的测试其在特殊场合的工作状况。
实用新型内容本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种将各个参数测量整合到一个装置中，取代现有技术中的各种测试工具以及多种测试方法，使用者可以自行设定标准参考值作为评价优劣的依据，自动生成测试结果并输出各参数的测量数值，从而有效提高测试效率，降低测试工作强度，且结构简单，成本低廉，应用范围较为广泛的压电陶瓷传感器检测电路结构。为了实现上述的目的，本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构具有如下构成:该压电陶瓷传感器检测电路结构包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片。所述的高压产生模块的高压输出端连接外部的待测压电陶瓷传感器，所述的待测压力陶瓷传感器的激励信号输出端连接所述的分路器的输入端，所述的分路器的两路输出端均连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端，所述的数字信号处理主控芯片的控制信号输出端分别连接所述的高压产生模块和分路器。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，所述的分路器的一路输出端通过放大电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，放大电路模块包括四级运算放大电路，所述的四级运算放大电路的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，数字信号处理主控芯片包括压频特性分析部件，所述的压频特性分析部件包括模数转换器和快速傅里叶变换器，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的模数转换器的输入端，所述的模数转换器的输出端连接所述的快速傅里叶变换器的输入端，所述的快速傅里叶变换器的输出端为压电陶瓷传感器固有频率及振幅输出端。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，分路器的一路输出端通过积分采样电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。 该压电陶瓷传感器检测电路结构中，积分采样电路模块包括顺序连接的电容积分电路单元和电压采样电路单元，所述的电容积分电路单元的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的电压采样电路单元的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，数字信号处理主控芯片包括阻抗特性分析部件，所述的阻抗特性分析部件连接所述的电压采样电路单元的输出端。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，电路结构还包括上位机，所述的上位机通过USB接口连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。该压电陶瓷传感器检测电路结构中，上位机包括传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元，所述的传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元均连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。采用了该实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构，由于其包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片，使得分路器能够将待测压力陶瓷传感器受高压产生的激励信号分两路输出至数字信号处理主控芯片的输入端，数字信号处理主控芯片分别对两路信号进行压频特性和阻抗特性分析，最终自动生成压电陶瓷传感器的测试结果并输出各参数的测量数值，从而将各个参数测量整合到一个装置中，取代了现有技术中的各种测试工具以及多种测试方法，同时使用者可以自行设定标准参考值作为评价优劣的依据，有效提高了测试效率，降低了测试工作强度，且本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。
图1为本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图1所示，为本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构的示意图。在一种实施方式中，该压电陶瓷传感器检测电路包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片。所述的高压产生模块的高压输出端连接外部的待测压电陶瓷传感器，所述的待测压力陶瓷传感器的激励信号输出端连接所述的分路器的输入端，所述的分路器的两路输出端均连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端，所述的数字信号处理主控芯片的控制信号输出端分别连接所述的高压产生模块和分路器。在一种优选的实施方式中，所述的分路器的一路输出端通过放大电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。所述的分路器的另一路输出端通过积分采样电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。其中，所述的放大电路模块包括四级运算放大电路，所述的四级运算放大电路的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片中的压频特性分析部件，所述的压频特性分析部件包括模数转换器和快速傅里叶变换器，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的模数转换器的输入端，所述的模数转换器的输出端连接所述的快速傅里叶变换器的输入端，所述的快速傅里叶变换器的输出端为压电陶瓷传感器固有频率及振幅输出端。而所述的积分采样电路模块包括顺序连接的电容积分电路单元和电压采样电路单元，所述的电容积分电路单元的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的电压采样电路单元的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片中的阻抗特性分析部件。上述的压频特性分析部件和阻抗特性分析部件都通过DSP主控芯片所具有的硬件结构实现。在更优选的实施方式中，所述的电路结构还包括上位机，所述的上位机通过USB接口连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。所述的上位机包括传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元，所述的传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元均连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。在实际应用中，本实用新型的电路结构以一块DSP作为主控芯片，对于传感器的压频特性和阻抗特性进行测试，其中对于压频特性的测试包含了压电常数、介电频率和机电耦合系数的测量；而对阻抗特性的测量则包含了介电常数和介电损耗因子的测量。由于压电陶瓷的固有特性，在传感器两端施加高压会使压电陶瓷发生微小形变并产生固定频率的振动，将该微小振动经过放大电路放大后，可以通过相应的数字电路测量其频率和振幅；在施加高压的同时，传感器允许一定的电流流过，即压电陶瓷具有一定的阻抗特性，该特性随着高压施加时间的不同而发生变化，表现为流过传感器的电流大小会发生变化，通过测量电流的积分特性来判断阻抗特性的变化规律。以上测量方法都可以通过常规的数字电路和模拟电路搭建起来并可以整合到一块控制板上，通过软件的控制自动完成。测试结果可以通过板载的显示模块输出，也可以通过USB接口与PC相连在上位机软件界面上输出。当需要进行压电陶瓷传感器测试的时候，DSP向高压产生模块发出启动信号。高压产生模块由普通的升压器件组成，由稳压电源产生的工作电压作为电压输入，升压后的高压(大于30V)直接作用于压电陶瓷传感器上。压电陶瓷传感器是一个两端器件，根据前述的压电陶瓷特性，当有高压作用于传感器一端时，会产生微小形变、伴随固定频率输出并且有微小电流流过，这些响应信号从传感器的另一端输出，DSP通过控制分路器可选择对传感器的压频特性或是阻抗特性进行测量。当选择测量压频特性时，需要对振荡信号的频率和幅度进行测量，考虑到传感器的激励输出是小信号，DSP的ADC (模数转换器)无法识别，因此必须对该激励信号进行放大，在本实用新型中采用了 4级运放进行信号放大，放大后的信号可以直接被ADC采样；在DSP中内嵌了 FFT算法(快速傅立叶算法)，将ADC的采样信号输入该算法即可得出压电陶瓷传感器的固有频率以及振幅大小。当选择测量阻抗特性时，需要对通过传感器的微小电流进行积分运算，本实用新型则采用了电容积分电路，采用比较器对积分电路电压进行采样，计算从充电开始到达指定电压点的时间，通过评估该充电时间可以得知通过传感器的微小电流的累积效应，从而来判断阻抗特性的变化趋势。同时，为了方便用户的使用，本实用新型还可以结合PC上位机来进行技术支持，以DSP为主控芯片的底层控制板通过USB接口芯片与PC相连。该上位机可以实现的功能包括:对传感器固有频率参考值和参考幅度进行设定、对充电曲线充电时间参考值进行设定、显示与分析每次测量值等。采用本实用新型的检测电路结构对压电陶瓷传感器进行检测所带来的效率提升是显而易见的。首先，将传统测试方法的多个测试仪器整合为一块控制板，极大的缩减了测试成本，同时，由于测试模块已经固化，只要附加一个分路开关，可以很方便地将单路传感器测试仪扩展为多路测试仪。其次，该装置将传统的多参数测量方法简化为对压电陶瓷两个固有特性的测量，而这两个固有特性的测量均可以通过对DSP编程而自动完成，无需人工参与，极大地提高了测试效率，减少了出错的可能。再次，由于该装置可以通过USB接口与PC连接，可以利用PC上位机对该检测电路进行支持，使用者可以在PC应用界面中方便地对测试标准进行修改并且可以清楚地看到测试的输出结果。经过实际使用，采用本实用新型的检测电路结构对压电陶瓷传感器进行检测，由原来的多装置多工序的测试流程转变为现在一键自动完成，所需时间不到一秒。采用了该实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构，由于其包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片，使得分路器能够将待测压力陶瓷传感器受高压产生的激励信号分两路输出至数字信号处理主控芯片的输入端，数字信号处理主控芯片分别对两路信号进行压频特性和阻抗特性分析，最终自动生成压电陶瓷传感器的测试结果并输出各参数的测量数值，从而将各个参数测量整合到一个装置中，取代了现有技术中的各种测试工具以及多种测试方法，同时使用者可以自行设定标准参考值作为评价优劣的依据，有效提高了测试效率，降低了测试工作强度，且本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求1.一种压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片，所述的高压产生模块的高压输出端连接外部的待测压电陶瓷传感器，所述的待测压力陶瓷传感器的激励信号输出端连接所述的分路器的输入端，所述的分路器的两路输出端均连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端，所述的数字信号处理主控芯片的控制信号输出端分别连接所述的高压产生模块和分路器。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的分路器的一路输出端通过放大电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。
3.根据权利要求2所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的放大电路模块包括四级运算放大电路，所述的四级运算放大电路的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片。
4.根据权利要求3所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的数字信号处理主控芯片包括压频特性分析部件，所述的压频特性分析部件包括模数转换器和快速傅里叶变换器，所述的四级运算放大电路的输出端连接所述的模数转换器的输入端，所述的模数转换器的输出端连接所述的快速傅里叶变换器的输入端，所述的快速傅里叶变换器的输出端为压电陶瓷传感器固有频率及振幅输出端。
5.根据权利要求1所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的分路器的一路输出端通过积分采样电路模块连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。
6.根据权利要求5所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的积分采样电路模块包括顺序连接的电容积分电路单元和电压采样电路单元，所述的电容积分电路单元的输入端连接所述的分路器的一路输出端，所述的电压采样电路单元的输出端连接所述的数字信号处理主控芯片的输入端。
7.根据权利要求6所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的数字信号处理主控芯片包括阻抗特性分析部件，所述的阻抗特性分析部件连接所述的电压采样电路单元的输出端。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括上位机，所述的上位机通过USB接口连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。
9.根据权利要求8所述的压电陶瓷传感器检测电路结构，其特征在于，所述的上位机包括传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元，所述的传感器固有频率参考值及参考幅度设定单元、电容积分电路单元充电曲线充电时间参考值设定单元以及测量值显示与分析单元均连接所述的数字信号处理主控芯片的底层控制板。
专利摘要本实用新型涉及一种压电陶瓷传感器检测电路结构，属于电路结构技术领域。该压电陶瓷传感器检测电路结构包括高压产生模块、分路器和数字信号处理主控芯片，使得分路器能够将待测压力陶瓷传感器受高压产生的激励信号分两路输出至数字信号处理主控芯片，数字信号处理主控芯片分别对两路信号进行压频特性和阻抗特性分析，最终自动生成压电陶瓷传感器的测试结果并输出各参数的测量数值，从而将各个参数测量整合，取代了现有的各种测试工具及多种测试方法，同时使用者可以自行设定参考值作为评价优劣的依据，有效提高了测试效率，降低了测试工作强度，且本实用新型的压电陶瓷传感器检测电路结构的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。
文档编号G01R31/00GK202929143SQ20122067361
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者戈亦余 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司