[发明专利]一种压电传感器前置信号接收电路

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种压电传感器前置信号接收电路，适用于信息处理领域。

背景技术

压电传感器在桥梁道路状态监控和电力转动设备检测中有着广泛的应用，这种检测方法不仅检测结果精确，而且节约大量的人力和物质成木。现在运用广泛的是IEPE两线制压电传感器，其特点是将电荷放大器和压电材料集成到一起，因此具有抗干扰性强、内阻低，性能稳定、应用简单等优点。

压电传感器具有以下优点：可用于非常宽的频率范围，并且在较宽的频率范围内有良好的线性；加速度信号可以经过信号的电子积分得至叮位移和速度数据。在较宽的环境范围内有较好的精确度。在不同的应用场合，测量的重点也不同，主要有峰值、峰峰值、平均值和KMS均方根值。而通过对振动信号的KMS均方根运算，能够说明各振级也与振动的能量有关。IEPE型两线制压电传感器结构简单，一般仅需要2～10mA的激励源，其信号输出和激励电流源输入是同一根线。AC192输出偏置电压为12 V，它是一种单一轴向的压电加速度测量计。其加速度测量动态范围可以达到±80g，根据其灵敏度可以计算输出信号电压±8 V，根据实际应用情况选择测量目前，对应不同压电传感器信号的调理电路非常多，但是对激励电流源设计、有源滤波等信号处理模块阐述较少，特别是高通有源滤波采用单电源供电无法对负电压信号进行滤波，有人采用无源滤波的方法处理，但是这种方法带来的负面影响较大，滤波频段会随着负载变化而改变。双电源供电的方式也会使整个电路的稳定性降低。

发明内容

本发明提供一种压电传感器前置信号接收电路，电路具有功耗低、可靠性好，工作稳定，不易收干扰影响，易于后端A/D采样处理等优点。

本发明所采用的技术方案是：

压电传感器前置信号接收电路由恒流源激励电路、差分调制电路、滤波电路、均方根运算电路组成。

所述恒流源激励电路利用低功耗差动放大器实现低成本稳定电流源，差分输入电压出现在R4两端，运放AMPI选择AD8276芯片，其芯片内部自带4个高精度的40 k欧电阻，为电路设计带来了方便。电流源的设计还加入了运放AMP2，可以减少电流源噪声，也增加该电流源的驱动负载能力，电流源恒定在4 mA，对于放大器AMP2的选择必须考虑到负载输出电压在AMP2的输入范围之内。

所述差分调制电路采用双极性工艺，在信号滤波前采用差分运算的方法降低信号偏置电压，以和后续的滤波电路相适合。运放选择AD8641，它是轨道轨输出而且供电电压为10～24 V，适合差分电路设计要求。

所述滤波电路采用巴特沃兹低通和切比雪夫高通进行滤波，在高通滤波中加入了偏置电压，目的是使整体电路采用单电源供电。高通滤波使用有源滤波，偏置电压的加入不仅使滤波能够使用有源滤波，而且为后面的A/D信号采集提供了方便。

所述均方根运算电路中，C7和R2构成了在交流信号下放大而直流偏置不变的放大电路，通过R2来调整实际信号的灵敏度。U2是三端电容，用于过滤信号的高频，这样可以更好地增加整体电路高频频段的滤波性能C5,R1和R4为调试旁路。而采用AD8436可以精确地计算出交流信号的有效值，而且在+5V单电源供电情况下，电流为350uA，降低了电路整体功耗。

本发明的有益效果是：电路具有功耗低、可靠性好，工作稳定，不易收干扰影响，易于后端A/D采样处理等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的恒流源激励电路。

图2是本发明的差分调制电路。

图3是本发明的滤波电路。

图4是本发明的均方根运算电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，恒流源激励电路利用低功耗差动放大器实现低成本稳定电流源，差分输入电压出现在R4两端，运放AMPI选择AD8276芯片，其芯片内部自带4个高精度的40 k欧电阻，为电路设计带来了方便。电流源的设计还加入了运放AMP2，可以减少电流源噪声，也增加该电流源的驱动负载能力，电流源恒定在4 mA，对于放大器AMF'2的选择必须考虑到负载输出电压在AMP2的输入范围之内。

如图2, 差分调制电路采用双极性工艺，在信号滤波前采用差分运算的方法降低信号偏置电压，以和后续的滤波电路相适合。运放选择AD8641，它是轨道轨输出而且供电电压为10～24 V，适合差分电路设计要求。