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1、 第 23 页 目 录目 录-1摘 要-2一、方案设计-31.1.选择的传感器类型-31.2.对传感器的分析-51.3.系统方案-6二、理论分析-72.1.压电效应-82.2.压电晶片及其等效电路-82.3.压电式加速度传感器-102.4.压电式加速度传感器和放大器等效电路-10三、电路设计：电路原理图及各部分分析-123.1.电荷放大器电路部分-123.2.低通滤波器电路部分-13四、实验-134.1.实验目的-134.2.实验步骤-13五、数据分析-18六、误差分析-19七、总结-20参考文献-21AbstractThis design uses testing laboratories
2、CSY-3000 sensor and detection technology test-bed measurement of piezoelectric vibration sensor and signal conditioning circuitry, and finally through the dual trace oscilloscope to observe waveform analysis of the vibration of the vibration source.Hardware circuit by the piezoelectric sensors charg
3、e amplifiers experimental template, the main chassis of the DC power supply and low-frequency oscillator, piezoelectric sensors, vibration source, low-pass filter and dual trace oscilloscope composition.Has been made in various parts of the hardware module, the module requires only a simple connecti
4、on between can be done, simple operation, the external environment impact on the internal circuit is small; with dual trace oscilloscope to facilitate observation of the waveform, the measurement becomes more simple and intuitive.摘 要本设计采用检测实验室的CSY-3000型传感器与检测技术实验台研究压电传感器振动测量及信号调理电路，最后通过双踪示波器观测波形来分析振
5、动源的振动情况。系统硬件电路由压电传感器实验模板上的电荷放大器，主机箱上的直流稳压电源和低频振荡器，压电传感器，振动源，低通滤波器以及双踪示波器构成。各个部分的硬件已做成模块，模块之间只需要简单的连线就可以完成，操作简单，外界环境对内部电路的影响小；用双踪示波器观察波形方便，使测量变为更加简单直观。AbstractThis design uses testing laboratories CSY-3000 sensor and detection technology test-bed measurement of piezoelectric vibration sensor and sign
6、al conditioning circuitry, and finally through the dual trace oscilloscope to observe waveform analysis of the vibration of the vibration source.Hardware circuit by the piezoelectric sensors charge amplifiers experimental template, the main chassis of the DC power supply and low-frequency oscillator
7、, piezoelectric sensors, vibration source, low-pass filter and dual trace oscilloscope composition.Has been made in various parts of the hardware module, the module requires only a simple connection between can be done, simple operation, the external environment impact on the internal circuit is sma
8、ll; with dual trace oscilloscope to facilitate observation of the waveform, the measurement becomes more simple and intuitive.一、方案设计1.1.选择的传感器类型工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位为：米/秒2 (m/s2)，或重力加速度(g)。描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。绝大多数的工程振动信号均可分解成
9、一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此，对某一振动信号的测量，实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值精度的高低来评定。最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为：压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式等。下面简单介绍压电式、压阻式、电容式原理和特点。1.1.1.压电式压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需
10、要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。1.1.2.压阻式应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。在灵敏度和量程方面，从低灵敏度高量程的冲击测量，到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的
11、加速度传感器。同时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高，测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需要指出的是尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性，但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大，实用的传感器一般都需要进行温度补偿。在价格方面，大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力，但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。1.1.3.电容式电容型加速度传感器的结构形式一般也采用弹簧质量系统。当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。电容式加速度计与其它类型的加速度传感器相比具有灵敏度高、零频响应、环境适应性好等特点，尤其是受温度的影响比较小；但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性，量程有限，受电缆的电容影响，以及电容传感器本身是高阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感器较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速
