积分电路设计演示教学

积分电路设计(shèjì)积分电路是信号调理器实现(shíxiàn)加速度信号转换为速度和位移的变换电路。第一页，共34页。一、基本概念最简单的振动是简谐振动特点：(1)参量是时间的谐和函数；(2)在时域为一正弦波；(3)在频域为一直线谱(信号(xìnhào)的傅立叶变换)。tx(t)00X(ω)ωω0第二页，共34页。简谐振动(zhèndòng)的时域参数振动时域参数(cānshù)间的幅度关系：微积分关系第三页，共34页。振动时域参数(cānshù)的相位关系

振动时域参数间的幅度关系： 相位(xiàngwèi)a、v、x依次超前π/2。

x、v、a三者的相位关系ωvxa第四页，共34页。二、传感器的动态(dòngtài)特性传感器的动态特性参数比较多，反映(fǎnyìng)能测量参数的频率线性范围。 (1)频率线性范围： 频率响应曲线，频率对灵敏度的影响； (2)幅度线性范围： 频率对测量幅度的影响(诺莫图)； (3)相位线性范围：频率对相位的影响。第五页，共34页。频率对幅度(fúdù)的影响-诺莫图加速度位移(wèiyí)交越频率(pínlǜ)第六页，共34页。振动(zhèndòng)测量参数的选取从反映频率与位称、速度和加速度关系的诺莫图可知： (1)低频时，测量位移可提高(tígāo)测量精度； (2)中频时，测量速度可提高(tígāo)测量精度； (3)高频时，测量加速度可提高(tígāo)测量精度。对位移和加速度测量都能达到最大值的频率点称为交越频率。第七页，共34页。一个传感器只能(zhīnénɡ)测量一种参数在实际应用中，一个传感器只能测量一种参数；在某些情况下，振动的某个参数可能(kěnéng)不容易测量，或无法测量；在振动信号分析处理时，常需要研究振动的三种参数；需要利用三个参数间的微积分关系，通过微积分网络，实现三个参数的转换，以满足分析需要。第八页，共34页。加速度(sùdù)、速度(sùdù)和位移的转换加速度传感器只能测量(cèliáng)振动加速度；速度和位移通过积分电路实现： (1)通过一次积分电路输出位移； (2)通过二次积分电路输出速度。如果是测量(cèliáng)振动位移，则速度和加速度分别通过一次和二次微分电路来实现。如如果是测量(cèliáng)振动速度，则一次微分为加速度，一次积分为位移。第九页，共34页。横向(hénɡxiànɡ)振动加速度积分得速度第十页，共34页。二次积分(jīfēn)得位移第十一页，共34页。三、RC微分电路输出电压与输入电压的微分成比例，要求：RC<<TRC电路有多种用途(yòngtú)，视RC值和信号特性而定：第十二页，共34页。RC微分电路的频率特性第十三页，共34页。四、RC积分电路第十四页，共34页。RC积分电路的频率特性第十五页，共34页。积分电路的对数(duìshù)曲线第十六页，共34页。典型的积分(jīfēn)曲线速度(sùdù)积分曲线1速度(sùdù)积分曲线2第十七页，共34页。积分器的阶跃、方波响应(xiǎngyìng)第十八页，共34页。积分器的正弦波响应(xiǎngyìng)当积分器的输为正弦波时， 输出为余弦波，相差(xiānɡchà)为90度，幅度增大ω倍。aV=ωa相位差为90度第十九页，共34页。微积分电路(diànlù)的实现两种微积分(jīfēn)电路： (1)无源RC微积电路 无源RC微积分(jīfēn)电路衰减大，频率范围较窄，积分(jīfēn)误差大。 一般采用运算放大器先将信号放大，再通过无源微积分(jīfēn)电路； (2)有源微积分(jīfēn)电路 电路衰减小，频率范围较宽，积分(jīfēn)误差小。第二十页，共34页。五、基本(jīběn)反相积分电路第二十一页，共34页。差动输入(shūrù)反相积分电路第二十二页，共34页。有源积分电路特点(tèdiǎn)特点：频率(pínlǜ)范围宽，误差小电容(diànróng)上的初始电压第二十三页，共34页。有源反相积分电路设计(shèjì)为限制电路的低频增益(zēngyì)，减少失调电压的影响，一般在反馈电容上并一个电阻。输入信号频率大于f0时为积分器。第二十四页，共34页。传感器的工作频率范围(fànwéi)应变式传感器频率工作(gōngzuò)范围低端0.01Hz第二十五页，共34页。积分器低端截止频率的确定(quèdìng)由于传感器输出的最低信号频率为0.01Hz，给积分器设计带来了困难(kùnnɑn)；列车车体的最低振动频率一般不低于0.5Hz，考虑到这一情况，可将积分器的低端频率取为0.1Hz。第二十六页，共34页。设计(shèjì)要求 积分器低端截止频率0.01Hz，衰减(shuāijiǎn)为-3dB； 高端频率为学号最末三位数，衰减(shuāijiǎn)取-25dB；学号最末三位数第二十七页，共34页。积分网络数目(shùmù)确定一般要设计多条积分曲线(qūxiàn)；第二条积分曲线(qūxiàn)的截止频率应该为第一条积分曲线(qūxiàn)衰减-25dB处的频率，即第二条积分曲线(qūxiàn)在此处衰减-3dB；第三条曲线(qūxiàn)参照上述处理。第二十八页，共34页。积分(jīfēn)电路仿真实例第二十九页，共34页。积分电路截止(jiézhǐ)点的仿真结果加速度速度(sùdù)相位(xiàngwèi)相差π/2第三十页，共34页。六、二次积分电路设计(shèjì)第三十一页，共34页。