一种IEPE传感器模拟电路及检测装置的制作方法

一种iepe传感器模拟电路及检测装置
技术领域
1.本实用新型属于模拟传感器技术领域，尤其涉及一种iepe传感器模拟电路及检测装置。


背景技术：

2.iepe传感器带有一个放大器和一个恒流源。电流源将电流引入加速度传感器。加速度传感器内部的电路使它对外表现的像一个电阻。传感器的加速度和它对外表现出的电阻成正比。因此传感器返回的信号电压和加速度也成正比。
3.iepe传感器的状态监控信号框图如图1所示，iepe传感器数据采集系统中电流源产生4ma(即图中的is电流)的电流为iepe传感器提供电源，iepe传感器产生直流偏移+12v的加速度信号给iepe传感器数据采集系统，采集系统将直流信号滤除之后给adc采集。
4.当需要对iepe传感器数据采集系统进行检验时，通常是将新的传感器结合振动台，通过振动台为传感器提供振动源，再通过新的传感器为数据采集系统提供信号。但是，这种方式校验精度低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种iepe传感器模拟电路及检测装置，通过设计模拟电路来模拟传感器发出的标准电信号，再将数据采集系统采集的信号与标准电信号进行比较，进而来降低检验难度。
6.本实用新型采用以下技术方案：一种iepe传感器模拟电路，包括串联的波形发生器、缓冲放大器和阻抗匹配器；
7.阻抗匹配器包括与缓冲放大器相连的低通滤波器，低通滤波器还连接电压跟随器，电压跟随器串联可变电阻模拟电路后连接数据采集系统，以为数据采集系统提供电压信号；
8.可变电阻模拟电路包括可控精密稳压芯片u7，可控精密稳压芯片u7的第2引脚接电压跟随器，可控精密稳压芯片u7的第3引脚接数据采集系统，可控精密稳压芯片u7的第1引脚分别接电阻r20和电阻r21，电阻r20的另一端分别接可控精密稳压芯片u7的第2引脚和电容r14，电阻r21的另一端分别接可控精密稳压芯片u7的第3引脚和电容r14的另一端。
9.进一步地，可控精密稳压芯片u7的第3引脚和数据采集系统之间还连接有电流检测电路；
10.电流检测电路包括与数据采集系统连接的电阻r16，电阻r16的另一端通过电阻r15后分别接可控精密稳压芯片u5的第1引脚和电阻r14，电阻r14的另一端分别接可控精密稳压芯片u5的第2引脚和电容c12，电容c12的另一端分别接电阻r15和电阻r16；
11.可控精密稳压芯片u5的第3引脚接电压跟随器，以将数据采集系统发出的电流信号转换为电压信号为电压跟随器供电。
12.进一步地，波形发生器包括波形发生芯片，波形发生芯片连接ad芯片u1，ad芯片u1
的iout-n引脚和iout引脚连接双路运算放大器，双路运算放大器输出端连接缓冲放大器，并向缓冲放大器提供波形信号。
13.进一步地，缓冲放大器包括加法器芯片u4b，加法器芯片u4b的正电压输入端分别接双路运算放大器的输出端和直流电压信号，加法器芯片u4b的负电压输入端串联电阻r12后接地，加法器芯片u4b的电压输出端连接电压跟随器；
14.直流电压信号通过芯片u3的vout引脚发出。
15.本实用新型的另一种技术方案：一种iepe传感器数据采集系统的检测装置，包括上述的一种iepe传感器模拟电路。
16.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过串联的波形发生器、缓冲放大器和阻抗匹配器来模拟iepe传感器产生标准的电信号供数据采集系统采集，避免使用传感器加振动台，降低了数据采集系统的检验难度，且提升了数据采集系统的检验精度。
附图说明
17.图1为现有技术中iepe传感器状态监控系统的原理图；
18.图2为本实用新型实施例中iepe传感器模拟电路的原理框图；
19.图3为本实用新型实施例中波形发生器的电路原理图；
20.图4为本实用新型实施例中缓冲放大器的电路原理图；
21.图5为本实用新型实施例中缓冲放大器输出的波形示意图；
22.图6为本实用新型实施例中阻抗匹配器的电路原理图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
24.本实用新型公开了一种iepe传感器模拟电路，如图2所示，包括串联的波形发生器、缓冲放大器和阻抗匹配器；阻抗匹配器包括与缓冲放大器相连的低通滤波器，低通滤波器还连接电压跟随器，电压跟随器串联可变电阻模拟电路后连接数据采集系统，以为数据采集系统提供电压信号；可变电阻模拟电路包括可控精密稳压芯片u7，可控精密稳压芯片u7的第2引脚接电压跟随器，可控精密稳压芯片u7的第3引脚接数据采集系统，可控精密稳压芯片u7的第1引脚分别接电阻r20和电阻r21，电阻r20的另一端分别接可控精密稳压芯片u7的第2引脚和电容r14，电阻r21的另一端分别接可控精密稳压芯片u7的第3引脚和电容r14的另一端。
25.本实用新型通过串联的波形发生器、缓冲放大器和阻抗匹配器来模拟iepe传感器产生标准的电信号供数据采集系统采集，避免使用传感器加振动台，降低了数据采集系统的检验难度，且提升了数据采集系统的检验精度。
26.具体的，iepe传感器模拟器中波形发生器产生所需模拟的传感器的波形，经缓冲器(即buf)之后给阻抗匹配器，阻抗匹配器根据前级波形进行阻抗变换输出对应的波形。
27.在本实用新型实施例中，可控精密稳压芯片u7的第3引脚和数据采集系统之间还连接有电流检测电路；电流检测电路包括与数据采集系统连接的电阻r16，电阻r16的另一端通过电阻r15后分别接可控精密稳压芯片u5的第1引脚和电阻r14，电阻r14的另一端分别接可控精密稳压芯片u5的第2引脚和电容c12，电容c12的另一端分别接电阻r15和电阻r16；
可控精密稳压芯片u5的第3引脚接电压跟随器，以将数据采集系统发出的电流信号转换为电压信号为电压跟随器供电。
28.在本实施例中，波形发生器包括波形发生芯片，波形发生芯片连接ad芯片u1，ad芯片u1的iout-n引脚和iout引脚连接双路运算放大器，双路运算放大器输出端连接缓冲放大器，并向缓冲放大器提供波形信号。
29.如图3所示，mcu(图中未示出)将所需模拟的波形通过并口传递给芯片dac904e(即u1)的dac-a1至dac-a14引脚，芯片dac904e根据接收到的数字波形信号产生所需模拟波形，再通过iout-n引脚和iout引脚输出给缓冲器。
30.u1使用的数模转换器dac904e为一个14位的高速数模转换器，采用3.3v供电，转换速率最高为165msps。输出最大精度正弦波时code为2
14
＝16384，输出最高频率时f
clock
＝165msps，可得输出波形的最高频率为10khz。
31.设计中使用直流耦合输出模式，使用4个电阻将运放配置为差分放大器(u2a)，实现差分转单端。dac的负载电阻为50ω(芯片自身负载)，差分负载的阻抗应为对称的25ω，差分放大器的输入阻抗需和dac的负载电阻(r8,r9)做阻抗匹配，因此将差分放大器(u2a)的增益设置为2倍。另外，芯片u2b为电压跟随器。将负载电阻r9设为26.1欧姆，由运放3点虚断可知(r2+r3)∥r9为25ω(∥表示并联)，经计算r2+r3将r3置为200ω，r2置为402ω计算得输出负载约为25.015欧姆，符合设计需求。将差分电阻r5＝r3，r6＝r4。
32.根据差分放大电路反向输入端阻抗约等于r5，r5//r8为25ω，计算的r9为28.57ω，取28.7ω。
33.当使用dac904e的满量程20ma输出时得输出电压为
±
0.5v，根据差分放大电路计算公式得差分运放增益为2。vout输出波形范围为
±
1v。根据差分放大电路计算公式得波形发生器部分产生的波形输出范围为
±
2.5v。
34.在本实用新型的一个实施例中，缓冲放大器包括加法器芯片u4b，加法器芯片u4b的正电压输入端分别接双路运算放大器的输出端和直流电压信号，加法器芯片u4b的负电压输入端串联电阻r12后接地，加法器芯片u4b的电压输出端连接电压跟随器；直流电压信号通过芯片u3的vout引脚发出。
35.buf部分的电路原理图如图4所示，将波形发生器产生的波形经加法器(图中u4b)叠加2.5v的直流电压，输出以2.5v(直流基准)为基准vpp最大为5v的波形，输出波形如图5所示。
36.另外，阻抗变化器的原理图如图6所示，u6前端为低通滤波器，截止频率u5的输出电压v
ref
的值为1.24，得vo＝5v。u7的2脚和3脚之间电压差v
ref1
的值为2.5，得v
o1
＝9.5v。
37.iepe传感器模拟器输出端的电压为v
iepe
＝v
o1
+v3。u6组成电路为电压跟随器，因此iepe传感器输模拟器的电压输出范围v
iepe
为12
±
2.5v。
38.当v
sine_inf
最小时，流过r16的电流的最
大供电电流80ua。当v
sine_inf
最大时，流过r16的电流u7的最小阴极电流为1ma，i
r16
+i
u7
＜2ma，满足最小工作电流。
39.因此，根据上述内容可知，本实用新型实施例模拟的传感器的特性如下：输出频率：0～10khz；输出电压：9.5v～14.5v；满量程输出电压：
±
2.5v；iepe供电电流：2～20ma；iepe供电电压：+23v～+30v；调节精度：0.3mv。
40.本实用新型还公开了一种iepe传感器数据采集系统的检测装置，包括上述的一种iepe传感器模拟电路。通过该检测装置，可以方便快捷的为iepe传感器数据采集系统进行检测，且提升了检测精度。