专利名称：电荷积分放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于压电传感器的电荷积分放大器。
背景技术：
压电传感器的输出一般是阻抗很高的电荷信号，例如压电加速度传感器，它的输出是电荷信号，其电荷信号大小通常与被测物的振动加速度信号成正比，同时二者频率和相位一致。如果要通过这个振动加速度传感器获得被测物振动速度，则需要对加速度电荷信号通过两部分电路进行处理:第一部分是电荷放大转换电路，该电路将加速度电荷信号转换为加速度电压信号，即实现pC-mV的转换，这里面会涉及到阻抗变换、增益调整的功能；第二部分是积分放大电路，该电路将加速度电压信号积分为速度电压信号，由于积分后的信号会有较大的衰减，因此在积分之后还会做一次放大。发明内容
本发明任务是提供一种能够直接对电荷进行一次积分放大，具有增益放大、电荷转换为电压以及阻抗变换的能力的电荷积分放大器。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种电荷积分放大器，具有一个将压电传感器的输出等效为一个电荷发生装置，以及同线路连接压电传感器电路的等效电容Ct，其特征在于，电荷积分运算放大器的反向输入端通过串联的电阻R和电容C1进行积分，同时，通过跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的馈电容C2的反馈作用调节增益，通过具有高输入阻抗的运放实现阻抗变换，对电荷发生装置电荷Q的积分、转换和放大。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明电荷积分放大器是一种可以直接对压电传感器输出的电荷信号进行积分运算的放大器，具有增益放大、电荷转换为电压以及阻抗变换的能力。是一种基于硬件的对模拟信号的处理，它可以实现对压电传感器输出的电荷信号进行一次积分、电荷电压转换、阻抗变换和增益放大四项功能。
可以将压电传感器的输出等效为一个电荷发生装置Q，其连接到电路的电缆电容和压电传感器的电容共同等效为Ct，通过串联的电阻R和C1进行积分，同时，可以通过馈电容C2的反馈作用调节增益，通过高输入阻抗的运放实现阻抗变换，整个电路可以实现对电荷Q的积分、转换和放大，实现了加速度电荷到速度电压的直接转换，将传统的两个部分电路合并为一个十分精练的电路。能够使加速度电荷到速度电压的直接转换，它可以实现对压电传感器输出的电荷信号进行一次积分、电荷电压转换、阻抗变换和增益放大的多重功能，为传感器的内置集成电路小型化提供了重要的原理，特别是涉及到需要积分、电荷转换、放大和阻抗变换的集成电路。
利用本发明可以大大减小压电传感器内置集成电路的大小，还可以研制出电压输出的压电速度传感器，如果加入两极该电路，则还可以研制出压电位移传感器，例如IEPE式压电速度传感器和IEPE式压电位移传感器。这种内置的电荷积分放大器比较外置的电路而目，具有体积大幅减小、功率小、测试速度的频率响应能力大幅拓宽等优点。
图1是本发明电荷积分放大器的电路原理示意图。
图2是电荷积分放大器的实施方案。
图中:Q为压电传感器的输出电荷，R^C1为串联的电阻和电容，C2为运算放大器的反馈电容，A为运放的开环增益，Uq为压电传感器的输出电压，U1为运放输入端电压，U2为反馈电容两端电压，U0为输出电压，Iq为从压电传感器端流出的电流；It为流向Ct的电流，I1为流经R和C1的电流，I2为流经C2的电流。
具体实施方式
参阅图1。电荷积分放大器由电阻R、电容C1、反馈电容C2和高输入阻抗运算放大器所组成。该电荷积分放大器是由最基本组成单元:串联在运算放大器的反向输入端的电阻R、电容C1和跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的反馈电容C2所组成的一个负反馈电荷放大器。所述反馈电荷放大器的输入是基于压电原理的传感器，或者输入的信号是以电荷形式表示的输入设备。它具有一个将压电传感器的输出等效为一个电荷发生装置，以及同线路连接压电传感器电路的等效电容Ct，Ct为压电传感器的等效电容Cq和接入该电路电缆电容Cd的总和。电荷积分运算放大器的反向输入端通过串联的电阻R和电容C1进行积分，同时，通过跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的馈电容(:2的反馈作用调节增益，通过具有高输入阻抗的运放来实现阻抗变换，对电荷发生装置电荷Q的积分、转换和放大。电阻R大于IOM Ω以上、电容C1的范围在IpF uF之间、电容C2的范围在IpF uF之间；
从压电传感器流出的电流将分别流向运算放大器和等效电容Ct，即:
Iq= IjI1 ⑴
根据电荷与电流的关系，可以知道:
权利要求
1.一种电荷积分放大器,具有一个将压电传感器的输出等效为一个电荷发生装置，以及同线路连接压电传感器电路的等效电容ct，其特征在于，电荷积分运算放大器的反向输入端通过串联的电阻R和电容C1进行积分，同时，通过跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的反馈电容C2的反馈作用调节增益，通过具有高输入阻抗的运算放大器运放实现阻抗变换，对电荷发生装置产生的电荷Q进行积分、转换和放大。
2.如权利要求1所述的电荷积分放大器，其特征在于，电荷积分放大器是由最基本组成单元:串联在运算放大器的反向输入端的电阻R、电容C1和跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的反馈电容C2所组成的一个负反馈电荷放大器。
3.如权利要求1或2所述的电荷积分放大器，其特征在于，所述反馈电荷放大器的输入是基于压电原理的传感器，或者输入的信号是以电荷形式表示的输入设备。
4.如权利要求2所述的电荷积分放大器,其特征在于，电阻R大于IOMΩ、电容Cl的范围在IpF uF之间、反馈电容C2的范围在IpF uF之间。
全文摘要
本发明提出的一种电荷积分放大器，具有一个将压电传感器的输出等效为一个电荷发生装置，以及同线路连接压电传感器电路的等效电容Ct，电荷积分运算放大器的反向输入端通过串联的电阻R和电容C1进行积分，同时，通过跨接于电荷积分运算放大器反向输入端与输出端之间的馈电容C2的反馈作用调节增益，通过具有高输入阻抗的运放实现阻抗变换，对电荷发生装置产生的电荷Q进行积分、转换和放大。本发明能够直接对电荷进行一次积分，且具有增益放大、电荷转换为电压以及阻抗变换的能力。
文档编号H03F3/70GK103138696SQ201110386179
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者包绍明, 黄伟 申请人:成都凯天电子股份有限公司