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鋼球振動(dòng)測量?jì)x電氣系統的設計
作者：
時(shí)間：2013-09-09
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，出現了許多功能強大的集成電路芯片，這些芯片往往可以將一個(gè)完整功能的電路集成到一個(gè)芯片上，或將幾個(gè)相關(guān)功能的電路甚至整套的測控電路集成到一個(gè)芯片上。在現代儀器的開(kāi)發(fā)設計中，應盡可能地采用集成化器件。鋼球振動(dòng)測量?jì)x的電氣系統設計，充分采用了高集成度的芯片去簡(jiǎn)化電路或電路設計，利用了集成狀態(tài)變量濾波器；集成化真有效值、對數轉換器；集成函數發(fā)生器等，提高了儀器電氣系統的性能，降低了成本。
1 工作原理
被測鋼球通過(guò)不同胎具固定在高精度主軸上旋轉，加速度傳感器與被測鋼球表面接觸，并拾取鋼球表面因波紋而產(chǎn)生的微弱振動(dòng)信號。此信號經(jīng)電荷放大器放大后，通過(guò)170～400Hz或400～800Hz帶通濾波器，再送至有效值、對數電路，最后經(jīng)表頭指示出被測鋼球的波紋振動(dòng)值，其振動(dòng)值的大小用分貝值度量。該儀器設有自校電路，其電路產(chǎn)生260Hz與520Hz正弦波信號，用于隨時(shí)校準。電氣系統的測量原理如圖1所示。 
圖1 電氣系統的測量原理框圖
2 主要單元電路的設計
2.1 前置放大電路
鋼球振動(dòng)測量?jì)x的拾振器為壓電式加速度型傳感器。該類(lèi)傳感器的結構形式有3種：周邊壓縮式、中心壓縮式及剪切式。從性能和經(jīng)濟的角度考慮，選用ＹＤ-12型中心壓縮式傳感器。該型傳感器的壓電片和質(zhì)量塊與外殼隔離，對基座應變引起的誤差和橫向靈敏度均較小，比周邊壓縮式傳感器的抗環(huán)境干擾能力強。
與壓電元件配套的測量電路的前置放大器電路有兩種形式：一是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡(jiǎn)單，但易受外界干擾影響，并且電纜分布電容對傳感器測量精度影響很大，而電纜的分布電容量則與導線(xiàn)種類(lèi)和長(cháng)度有關(guān)，在測量中如果更換電纜，則必須對前置放大器的倍率重新進(jìn)行調整；電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，對電纜長(cháng)度變化的影響幾乎可以忽略不計，所以在此測量系統中采用電荷放大器作為前置放大電路。電荷放大器是一個(gè)高增益的電容反饋放大器，其基本電路如圖2所示，虛線(xiàn)框內為傳感器等效電路。 
圖2 電荷放大器基本電路框圖
輸出幅值 
式中
Ｑ-傳感器電荷量
Ｃａ-傳感器電容量
Ｒａ-傳感器阻值
Ｃｆ-電荷放大器反饋電容
Ｒｆ-電荷放大器反饋電阻
Ａ-運算放大器的增益
輸出電壓取決于Ｑ和Ｃｆ。為了得到必要的測量精度，要求Ｃｆ的溫度和時(shí)間穩定性要好。
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