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文档简介

传感器技术与应用7.3

测量电路

压电传感器可视为电荷源视为电荷输出时可等效为电荷源Q和电容Ca并联，开路状态输出端电荷为：视为电压输出时可等效为电压源U与电容Ca串联，开路状态输出端电压为：看成具有+、-极性的电容器，可等效为一个电容器Ca；电容极板上电压大小与极板间电荷成正比7.3.1压电传感器等效电路

根据等效电路，压电传感器灵敏度有两种等效电流源根据它们之间的关系有：电压灵敏度电荷灵敏度等效电压源7.3.1压电传感器等效电路压电元件内阻很高，需要系统前置电路具有高的输入阻抗。解决传感器与前级电路的连接。压电元件输出可以是电压源也可以是电荷源。因此，前置放大器也有两种形式：电压放大器、电荷放大器。由等效电路可见，只有在负载RL→∞时受力产生的电荷才能长期保存下来，否则放电回路很快将电荷放掉，因此测量频率较低时必须保证RL很大，即时间常数RLCa=τ大。

前置电路有两个作用：一是放大微弱的信号、二是阻抗变换7.3.1压电传感器等效电路等效电压源等效电流源

当传感器接测量电路时要考虑以下主要因素：传感器漏电电阻Ra。

放大器输入电阻Ri

接入电路的输入电容Ci

电缆等效电容Cc

7.3.1压电传感器等效电路（1）电压放大器（阻抗变换器）

电压放大器及等效电路示意图7.3.2测量电路

如果压电元件为正弦作用力变化电压放大器的输入端F=Fmsinωτu=Umsinωτ7.3.2测量电路电压放大器讨论：压电传感器不能测量静态物理量；优点:

高频响应特性好。

一般认为当ωτ

≥3时输入电压与信号频率无关；缺点：低频响应差，提高低频响应的办法是增大τ，但不能靠增加输入电容Ca（RiCa=τ），因为电压灵敏度与电容成反比

。实际是增大前置输入回路电阻Ri

。从电压灵敏度Ku可见，连接电缆的分布电容Cc影响传感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。为解决电缆分布电容Cc对传感器灵敏度的影响和低频响应差的缺点，可采用电荷放大，集成运放组成的电荷放大器有较好的性能。电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。可利用电容作反馈元件的深度负反馈的高增益运放。（2）电荷放大器7.3.2测量电路理想情况输出电压为：压电传感器的输入电路由一个反馈电容Cf和高增益运算放大器构成。因运放输入端Ri阻抗很高，几乎无分流，可忽略Ra//Ri并联，输入只对Cf充电。（2）电荷放大器7.3.2测量电路电荷放大器的输出电压U0只取决于输入电荷量Q

和反馈电容Cf

，输出电压与电缆电容Cc无关，与Q成正比，与电容Cf

成反比，这是电荷放大器的突出优点。使用电荷放大器时，电缆长度变化影响可忽略，并且允许使用长电缆工作。考虑不同量程因素，Cf

的容量做成可以选择的电容，一般为100～104pF。缺点是电路复杂、价格昂贵。电荷放大器的输出

电荷放大器讨论：总结与思考总结1.压电传感器等效电路；2.两种常

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