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目 录第一章 绪论11.1 微弱信号放大器的应用11.2 常用的微弱信号放大器的型号3第二章 微弱信号放大电路的设计92.1 发动机气路荷电颗粒物的产生92.2 发动机气路静电监测原理102.3 传感器概述102.3.1 静电感应现象112.3.2 静电传感器原理122.4 本章小结13第三章 静电传感器的结构设计与加工工艺143.1 传感器材料的选取143.1.1 材料电导率的计算143.1.2 材料的选择结果153.2 本文设计的静电传感器结构163.3 绝缘部分的结构设计203.3.1 陶瓷加工工艺203.3.2 刀具材料和角度203.3.3 切削参数合理选取213.3.4 加工表面粗糙度223.4 外壳结构的设计233.4.1 屏蔽罩加工工艺243.4.2 刀具材料的选择243.4.3 切削用量的选取263.4.4 切削液的选取263.5 探极的结构设计273.5.1 探极加工工艺283.5.2 切削液选择283.5.3 钻削283.5.4 铣削293.5.5 钻削铣削加工镍合金孔303.6 本章小结30第四章 结论31致 谢32参考文献3214内 容 提 要由于当今各类传感器输出的信号多为微弱的直流电压信号，而测量仪表大都使用单片机控制，这就需要将这些微弱的直流电压信号经放大器放大后接入A/D转换器供单片机处理，因此该仪表中微弱信号放大器精度、稳定度的高低直接关系到仪表性能的好坏。本设计所设计的微弱信号放大器要将0-5mv的微弱直流信号放大到0-5v，供12位A/D转换器使用，因此对该放大器的稳定性、线性等技术指标要求很高。关键词仪用放大器；微弱信号放大器； Engine gas-way electrostatic sensor structure designAuthor:Dong Jiang Tutor:WEN Zhen-huaAbstractAero-engine components Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero engine Aero engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Aero-engine Key wordsAeroengine; Condition monitoring; Electrostatic sensor; Structure design发动机气路静电传感器结构设计作者 080607205 姓名 郭训鑫 指导教师 文振华第一章 绪论1.1 微弱信号放大器的应用微弱信号信号放大器的应用：常用仪器检测外部物理信号时，传感器所输出的电信号通常是很微弱的，因此信号的放大是最基本的模拟信号处理功能。输出信号是通过放大电路实现的，放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、震荡、稳压等功能电路的基本单元电路。1.2 信号放大电路的几种模型目前常用的放大电路模型有求差电路模型（又称为差分放大电路）比例放大电路模型。第二章 微弱信号放大器电路的设计2.1 差分式放大电路的放大原理同相比例放大电路图如下：可以看出同相比例放大电路的特点是：“虚短”，但不“虚地”。故此 。反相比例放大电路图如下：可以看出电路的特点是：“虚地”。故此可得该电路的电压增益为： 。差分式放大电路的电路图如下： 从上图可以看出该电路是利用同相比例运放和反相比例运放的输入输出关系以及叠加定理，很容易求出该电路的输入与输出之间的关系为： 该电路的特点是：（1）“虚短”不“虚地”（2）元件对称性要求高，如果元件失配，不仅给计算结果带来附加误差，并且将产生共模电压输出，降低共模抑制比。2.2 微弱信号放大电路设计在实际应用中最常用的放大电路是仪用放大器电路如下： 如上图所示：运放A1、A2组成第一级差分电路。A3组成第二级差分电路。在第一级电路中，V1、V2分别加到A1和A2的同相端，R1和两个R2组成的反馈网络，引入深度的电压串联负反馈，两运放A1和A2的两输入端虚短和虚断，因此有： 根据差分放大器的原理，可得： 该放大器第一级是具有深度电压串联负反馈的电路，所以它的输入电阻很高。若A1、A2选用相同特性的运放，则它们的共模输出电压和飘移电压也都相等，再通过A3组成的差分式电路，可以相互抵消，故它有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压，同时该电路有较高的差模电压增益。因为后一级是差分式电路，输出阻抗也很低。第三章 实际微弱信号放大器的设计及仿真3.1电路图设计所用到的元器件的选取在实际设计中，对于仪用放大器电路，由于整个电路的失调电压及漂移与第一级有密切关系，因此A1、A2选用了具有超低失调电压和超低漂移的ICL7650集成运放，而且第一级承担仪用放大器的全部放大作用，则取R2=1M，R1=2K，R3/R4=1。因为第二级的漂移和失调电压对整个电路的作用大大降低，但其共模抑制比对整个电路的共模抑制比影响很大，因此第二级选用价格更为低廉性能也较为低漂移集成运放OP07ICL7650是一种斩波稳零的运放，斩波频率低（200HZ） 其输出信号中含有斩波尖峰噪声，因此第二级差分运放电路同时又做为低通滤波器，该低通滤波器要有较大的时间常数，这里选用C=1.0，R=10K的二级有源滤波器电路,其特征频率fn=1/2，RC=15.9HZ,因此对斩波噪声及其它干扰信号抑制效果较好。ICL7650采用14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式，下图所示是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排布图：各引脚的功能说明如下:CEXTB:外接电容CEXTBCEXTA:外接电容CEXTA-IN:反相输人端+IN:同相输人端V-:负电源端CRETN、CEXTA和CEXTB的公共端OUT CLAMP：箱位端OUTPUT：输出端V+：正电源端INT CLKOUT：时钟输出端EXT CLKIN：时钟输人端INT/EXT：时钟控制端，可通过该端选择使用内部时钟或外部时钟。当选择外部时钟时，该端接负电源端（V-），并在时钟输人端（EXT CLKIN）引入外部时钟信号。当该端开路或接V+时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。3.2用protel画出电路图并仿真本设计设计的微弱信号放大电路,经过长时间通电测试,输出电压漂移仅为1mv, 稳定度较高。放大倍数测量数据如下表，从表中可以看出Av=9.7，Av%=0.97%1% 线性度良好,能满足高精确度测量的要求 Vi(mv)0.100.200.400.600.801.001.50 Vo(mv)99.31198.64397.60597.40798.70998.801501.20 Av993.1993.2994.0995.7998.4998.81000.8 从测试结果可以看出，该微弱信号放大器具备高稳定度，高精确度的特点。并可通过改变仪用放大电路原理图中R1 R2 的阻值，改变整个放大电路的放大倍数，调节较方便。第四章 结论静电监测感应是对发动机气路高温部件实施在线监测的有效技术，而静电传感器是静电监测的核心元件，本文通过设计静电传感器来达到实施监测发动机气路状态的目的。介绍了静电监测的原理，传感器的构成，传感器的结构设计和其中几个部件的加工。 致 谢本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师本论文是在指导老师参考文献1钟秉林,黄仁.机械故障诊断学M.北京:机械工业出版社,19972于辉.孔探技术及其在航空发动机维修中的应用.南京航空航天大学民航学院,19983利凤祥,李越森,周为民.某典型振动条件下发动机点火试验研究J.航空动力学报2002.17(5):6416444张宝铭,林文荻.静电防护技术手册M.北京:电子工业出版社,2000:38415Powrie H E G,McNicholas KGas path condition monitoring during accelerated mission testing of a demonstrator engineC33rd AIAAASMESAEASEE Joint Propulsion Confe