一种信号调理电路的制作方法

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种信号调理电路，更具体地，涉及一种用于加速度传感器的信号调理电路。

背景技术：

压电式加速度传感器是一种常用的加速度计，其结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长，在测量领域中已经得到了广泛的应用。通常，由于传感器输出的电压、电流或电阻变化非常微弱，因此采集到的信号不能直接转换为数字信号，在变换为数字信号之前必须进行调理放大、缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器的输入。然而，目前，现有的加速度传感器信号调理器体积大、操作复杂、线路繁琐、成本高，不便于故障诊断仪配套使用；另外，现有的加速度传感器信号调理器信号调理精度低，不能及时检测加速度传感器工作是否稳定。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

本申请提供了一种加速度信号调理电路，该电路包括：依次相连的高通滤波器、前级增益电路、低通滤波器、二级增益电路，其中，所述高通滤波器与加速度传感器连接，所述二级增益电路与数字信号采集板连接。

所述加速度传感器用于测量振动加速度信号，并将所述振动加速度信号传送给高通滤波器。

所述高通滤波器用于将所述振动加速度信号隔直，输出与机械量成正比的低阻电压信号，并将所述低阻电压信号传送给所述前级增益电路。

所述前级增益电路用于对所述低阻电压信号进行放大处理，并将放大后的信号传送给所述低通滤波器。

所述低通滤波器对信号进行低通滤波后，将信号发送给所述二级增益电路。

所述二级增益电路用于矫正所述前级增益电路对信号产生的相移，并将矫正后的信号传送给所述数字信号采集板。

本申请的加速度信号调理电路较现有的加速度传感器信号调理器相比，体积小，线路关系简单，成本低，便于故障诊断仪配套使用；另外，通过两级滤波和两级增益，提高了调理精度，能及时检测加速度传感器工作是否稳定。

可选地，所述高通滤波器为一阶有源高通滤波器。

可选地，所述低通滤波器为四阶巴特沃斯低通滤波器。

可选地，所述前级增益电路包括第一反相比例运算放大电路和第一电压跟随器，其中，

所述第一反相比例运算放大电路的负输入端分别与所述高通滤波器和所述第一电压跟随器的正输入端连接，正输入端接地，输出端接所述电压跟随器的正输入端；

所述第一电压跟随器的负输入端与输出端连接，并且该输出端接所述低通滤波器。

可选地，所述二级增益电路包括依次连接的第二反相比例运算放大电路、第二电压跟随器和第三电压跟随器，其中，

所述第二反相比例运算放大电路的正输入端接所述低通滤波器，负输入端与输出端连接；

所述第二电压跟随器的正输入端接地，负输入端接所述第二反相比例运算放大电路的输出端；

所述第三电压跟随器的正输入端接所述第二电压跟随器的输出端，负输入端接输出端，输出端接所述数字信号采集板的输入端。

可选地，所述加速度传感器通过恒流源供电。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的加速度信号调理电路的示意性电路图；

图2是根据本申请一个实施例的恒流源供电以及高通滤波电路原理图；

图3是根据本申请一个实施例的前级增益电路原理图；

图4是根据本申请一个实施例的低通滤波器电路原理图。

图5是根据本申请一个实施例的二级增益电路原理图。

具体实施方式

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

本申请的实施例提供了一种加速度信号调理电路。图1是根据本申请一个实施例的加速度信号调理电路的示意性电路图。该电路可以包括：依次相连的高通滤波器、前级增益电路、低通滤波器、二级增益电路，其中，所述高通滤波器与加速度传感器连接，所述二级增益电路与数字信号采集板连接。

本申请的加速度信号调理电路与现有的加速度传感器信号调理器相比，体积小、线路关系简单、成本低，便于故障诊断仪配套使用；另外，通过两级滤波和两级增益，提高了调理精度，能及时检测加速度传感器工作是否稳定。

可选地，所述加速度传感器通过恒流源供电。恒流源和加速度传感器之间通过镀银同轴电缆连接。该电缆既对加速度传感器提供恒流供电，又将加速度传感器测得的振动加速度信号引出。

所述加速度传感器用于测量振动加速度信号，并将所述振动加速度信号传送给高通滤波器。所述高通滤波器用于将所述振动加速度信号隔直，输出与机械量成正比的低阻电压信号，并将所述低阻电压信号传送给所述前级增益电路。

由于振动加速度信号叠加在8到12V直流偏压上，须经一高通滤波器隔直后才会输出一个与机械量成正比的低阻电压信号。

图2是根据本申请一个实施例的恒流源供电以及高通滤波电路原理图。其中，恒流源U6采用LM317/LZ线性稳压器实现，用于向振动加速度信号提供恒流源。高通滤波器U7A利用LM324四运算差分放大器实现。可选地，所述高通滤波器为一阶有源高通滤波器。电压源VCC通过二极管D5与恒流源U6的输入端连接，恒流源U6输出端通过电阻R52与加速度传感器P1的第一输出端口连接。加速度传感器P1的第一输出端口通过电容C58与高通滤波器U7A的正输入端连接，高通滤波器U7A的正输入端通过电阻R58接地，高通滤波器U7A的负输入端连接输出端，输出端为高通滤波器的输出。

所述前级增益电路用于对所述低阻电压信号进行放大处理，并将放大后的信号传送给所述低通滤波器。前级增益由一级反相比例运算放大电路和一级电压跟随器组成。电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，一般做缓冲级或隔离级。电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。应用电压跟随器可使前、后级电路之间互不影响。

所述前级增益电路包括第一反相比例运算放大电路和第一电压跟随器，其中，所述第一反相比例运算放大电路的负输入端分别与所述高通滤波器和所述第一电压跟随器的正输入端连接，正输入端接地，输出端接所述电压跟随器的正输入端；所述第一电压跟随器的负输入端与输出端连接，并且该输出端接所述低通滤波器。

图3是根据本申请一个实施例的前级增益电路原理图。其中，高通滤波器U7A的输出端通过电阻R55连接所述第一反相比例运算放大电路U7B的负输入端，第一反相比例运算放大电路U7B的负输入端通过可变电阻R53连接第一电压跟随器U7C的正输入端，第一反相比例运算放大电路U7B的正输入端通过可变电阻R51接地。第一反相比例运算放大电路U7B的输出端连接第一电压跟随器U7C的正输入端。第一电压跟随器U7C的负输入端接输出端，输出端为前级增益电路的输出。可选地，第一反相比例运算放大电路U7B和第一电压跟随器U7C可以采用LM324实现。

前级增益电路的输出连接所述低通滤波器，低通滤波器对信号进行低通滤波后，将信号发送给所述二级增益电路。可选地，所述低通滤波器为四阶巴特沃斯低通滤波器。

由于压控电压源型滤波电路具有需要元件数目少，正增益，可使用电位器调整滤波器的增益，输出阻抗低，特性容易调整等优点，本设计采用级联法来设计压控电压源型的巴特沃斯低通滤波器。目前国内施工现场使用的振动压路机工作频率一般在20至50Hz之间，本设计根据现场实际振动压路机加速度信号特征拟定低通滤波器的通带截止频率为200Hz，通带最大衰减-1dB，阻带截止频率430Hz，阻带最小衰减-20dB。根据这些参数就可以计算出巴特沃斯低通滤波器的阶数N及3dB截止频率。本申请使用两个二阶巴特沃斯低通滤波器构成四阶巴特沃斯低通滤波器。

图4是根据本申请一个实施例的低通滤波器电路原理图。其中，前级增益电路的输出端通过可变电阻R54和可变电阻R56连接差分放大器U7D的正输入端，可变电阻R54和可变电阻R56之间通过电容C57连接差分放大器U7D的输出端，可变电阻R56和差分放大器U7D的正输入端之间通过电容C60接地，差分放大器U7D的负输入端通过电阻R64接地，差分放大器U7D的负输入端和电阻R64之间通过可变电阻R62连接差分放大器U7D的输出端。差分放大器U7D的输出端通过可变电阻R57和可变电阻R59连接差分放大器U8A的正输入端，可变电阻R57和可变电阻R59之间通过电容C59连接差分放大器U8A的输出端，可变电阻R59和差分放大器U8A的正输入端之间通过电容C61接地。差分放大器U8A的负输入端通过电阻R67接地。差分放大器U8A的负输入端和电阻R67之间通过可变电阻器R65连接差分放大器U8A的输出端，该输出端为低通滤波器的输出。低通滤波器的输出连接二级增益电路的输入。

所述二级增益电路用于矫正所述前级增益电路对信号产生的相移，并将矫正后的信号传送给所述数字信号采集板。可选地，所述二级增益电路包括依次连接的第二反相比例运算放大电路、第二电压跟随器和第三电压跟随器，其中，所述第二反相比例运算放大电路的正输入端接所述低通滤波器，负输入端与输出端连接；所述第二电压跟随器的正输入端接地，负输入端接所述第二反相比例运算放大电路的输出端；所述第三电压跟随器的正输入端接所述第二电压跟随器的输出端，负输入端接输出端，输出端接所述数字信号采集板的输入端。整个调理电路总增益为1，二级增益其主要为了矫正前级增益中反相比例运算放大电路对信号产生180度的相移。

图5是根据本申请一个实施例的二级增益电路原理图。其中，低通滤波器的输出连接二级增益电路的反相比例运算放大电路U8C的正输入端，反相比例运算放大电路U8C的负输入端接输出端，输出端通过电阻R61连接电压跟随器U8B的负输入端，电压跟随器U8B的负输入端通过电阻R63连接输出端，电压跟随器U8B的正输入端通过电阻R60接地，电压跟随器U8B的输出端连接电压跟随器U8D的正输入端。电压跟随器U8D的负输入端接输出端，输出端接数字信号采集板的输入端。可选地，数字信号采集板为PC/104采集板。

加速度传感器的信号通过本申请的加速度信号调理电路进行处理后，提高了调理精度，能及时检测加速度传感器工作是否稳定，使得数字信号采集板的输入信号质量提高，便于后续的分析处理。与现有的加速度传感器信号调理器相比，体积小，线路关系简单，成本低，便于故障诊断仪配套使用。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。