压电式加速度传感器电荷放大电路仿真传递函数求解
工程测试和信号处理课后答案
2-8 进行某次动态压力测量时，所用的压电式力传感器的灵敏度为Mpa ，将它与增益为0. 005V/nC 的电荷放大器相联，而电荷放大器的输出接到一台笔记式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V 。
试计算这个测量系统的总灵敏度，又当压力变化为时，记录笔在记录纸上的位移量是多少？ 解： 总灵敏度MPa mm V mm nC V MPa nC k k k k /09.9/20/005.0/9.900302010=⨯⨯=⨯⨯= 记录的位移=mm 8.3109.95.3=⨯。
2-9求周期信号X(t)=+(100t-045)通过传递函数为1005.01)(+=s s H 的装置后所得到的稳态响应。
解： 因题设装置的频率响应函数为 jwjw jw H 005.01111)(+=+=τ 此装置对所给输入信号X(t),按线形迭加性和频率保持特性 )()()(21t X t X t X +=其中 0105.010cos 5.0)(1111===X =θ 即w t t X︒-===X ︒-=451002.0)45100cos(2.0)(2222θ 即w t t X 应分别有下列之增益和相移，并保持其频率，即 ︒-∠=⨯⨯+=86.299.010005.011)(11j jw H增益 相移︒862.2 ︒-∠=⨯⨯+=56.2689.0100005.011)(22j jw H增益 相移︒-56.26()[]︒--⨯+︒-⨯=56.2645100cos 2.089.0)86.210cos(5.099.0)(t t t y=)56.71100cos(18.0)86.210cos(49.0︒-+︒-t t从本例可以看出，一阶装置具有对较高频率输入的“抑制”作用。
2-10用一个一阶系统作100Hz 正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内, 则时间常数应取多少？若用该系统测试50Hz 信号，问次此时的振幅误差和相角误差是多少？ 1)s s f j H μπωτπππωωτωτω523)(10233.5)200(108.0108.020*********.0195100)(%5)(111%10011)(422222=⨯===∴=⨯===⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛=∴≤+-=⨯-=∂- 又 2) /411242209)1023.5100(%3.1)1023.5100(111%100)(1111005022︒≈⨯⨯-=-==⨯⨯+-=⨯+-==⨯==----πωτϕπωτδπππωtg tg f2-13设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。
压电式加速度传感器
压电式加速度传感器(1)压电式加速度计的结构和安装压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
它是利用某些 物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也 随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时， 则力的变化与被测加 速度成正比。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷， 而且传感器本身有很大内阻，故 输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。
为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。
经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路 将信号输给指示 仪表或记录器。
目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与 前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。
常用的压电式加速度计的结 构形式如图13.18所示。
S 是弹簧，M 是质块，B 是基座，P 是压电元件，R 是夹持环。
图13.18a 是中央安 装压缩 型，压电元件一质量块一弹 簧系统装在圆形中心支柱振频率。
然而基座 B 与测试对 象连接时，如果基座B 有变形则将 直接影响拾振器输出。
此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。
图13.18c 为三角剪切形，压电元件由夹持环 将其夹牢在三角形中心柱上。
加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。
这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。
图13.18b 为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速 度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
由于粘结剂会随温度 增高而变 软，因此最高工作温度受到限制。
图13.18压电式加速度计(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c)三角剪切型保证幅值误差低于1dB （即卩12% ;若取为共振频率的1/5,则可保证幅值误差 小于0.5dB （即6%，相移小于3°。
但共振频率与加速度计的固定状况有关，加 速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。
基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计
课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分： (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1．仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域，NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者，也是基于PC的数据采集产品的领导者，为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。
但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵，并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集，其输出模拟量为缓变低频信号，采用总线型。
压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件，输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。
由于它具有结构简单、工作可靠等性能，目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。
世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器，都是压电式的。
本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析，同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。
基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器，又称压电加速度计，它也属于惯性式传感器。
它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。
传感器原理及工程应用答案
传感器原理及工程应用答案1—1:测量的定义,答:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1—2:什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差,答:绝对误差是测量结果与真值之差,即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示,即: 引用误差=绝对误差/量程×100%1—3什么是测量误差,测量误差有几种表示方法,它们通常应用在什么场合, 答: 测量误差是测得值减去被测量的真值。
测量误差的表示方法:绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差。
当被测量大小相同时，常用绝对误差来评定测量准确度;相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度;引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。
2,1:什么是传感器,它由哪几部分组成,它的作用及相互关系如何,答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分; 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
2—2:什么是传感器的静态特性,它有哪些性能指标,分别说明这些性能指标的含义, 答:传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性;其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
灵敏度定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。
传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。
压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。
经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。
压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。
电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。
传感器计算题答案
计算题1 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。
（1）T y dt dy 5105.1330-⨯=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。
（2）x y dt dy 6.92.44.1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。
解：根据题给传感器微分方程，得(1) τ=30/3=10(s)，K=1.5⨯10-5/3=0.5⨯10-5(V/℃)；(2) τ=1.4/4.2=1/3(s)，K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。
2 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+ 式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。
试求其固有振荡频率ωn 和阻尼比ζ。
解: 由题给微分方程可得 ()()s rad n /105.11/1025.2510⨯=⨯=ω 01.011025.22100.3103=⨯⨯⨯⨯=ξ3 已知某二阶传感器系统的固有频率f 0=10kHz ，阻尼比ζ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
解：由f 0=10kHz ，根据二阶传感器误差公式，有 ()[]()%n n 314112222≤-ωωξ+ωω-=γ()[]()069103141122222..n n =≤ωωξ+ωω- 将ζ=0.1代入，整理得()()00645.096.124=+-n n ωω⎩⎨⎧=⇒⎩⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛0.183(388.10335.0927.12舍去）n nωωωω ()kHz f f f f f f o o o n 83.110183.0183.0183.022=⨯==⇒===ππωω4 设有两只力传感器均可作为二阶系统来处理，其固有振荡频率分别为800Hz 和1.2kHz ，阻尼比均为0.4。
传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计
燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及电荷放大器转换电路设计学院（系):年级专业：学号：学生姓名：项昕指导教师：陈颖朱丹丹教师职称：副教授讲师第一章摘要摘要电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。
电荷放大器可配接压电加速度传感器。
其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。
电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压,将高输出阻抗变为低输出阻抗。
本文介绍了一种电荷放大器的设计结构及其工作原理,阐述了实验样机的工作模式,给出了实验样机的实验结果。
关键词。
压电传感器；电荷放大器；放大器设计第二章引言引言随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。
非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的振动信号，在实际生活中振动信号的大小经常用加速度来度量，加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。
它能将传感器输出的微弱电荷信号变换成放大了的电压信号，同时又能将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。
压电加速度传感器的输出需经电荷放大器进行变换（即电荷．电压转换），方可用于后续的放大、处理，因此电荷放大器是加速度测量中必不可少的二次仪表，设计性能良好的电荷放大器具有重要意义第三章 基本原理1、工作原理分析图1 是压电传感器与电荷放大器连接的等效电路[2 ] .图中Ca 为压电传感器等效电容, Cc 为连接电缆电容, Ci 为放大器的输入电容, Ra 为压电传感器的绝缘漏电阻, Ri 为运算放大器的输入阻抗, Cf 是放大器的反馈电容, Rf 为并联在反馈电容两端的漏电阻.在电荷放大器中采用电容负反馈, 对直流工作点相当于开路,对电缆噪声比较敏感, 故放大器零漂较大而产生误差,为减小零漂,使放大器工作稳定, Rf 选阻值非常高的电阻(约1010 - 1014Ω) ,以提供直流反馈。
压电式加速度传感器电荷放大电路仿真传递函数求解.docx
1、运行程序，得到仿真结果2、命令窗口输入:idento♦ Import DataData Format for SignalsTime・Domain Signals s/Data Information Data name: Startng tune: Sampletime:Workspace VariableInput:Output:• System Identification • Untitled fileQptiors SD(W) HelpImport datamydataData ViewsOperations□Time plot□Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU Viewer Model outputModel residsTrashmydataVakdation DataThe character a not a vabd hotkeyNonknear ARXHamm-Wiener:Transient reapFrequency respZeros and polesNose spectrum• Time Plot: u1->y1File Qptions Style £han nel Experiment Help4 Transfer Functions_ □X Model name: tf1 /n> I/O Delay►E stimation Options0.2Input and output signalsTime| Help | Estimate Closefile Qptiors SD(W) HelpImport datamydataData ViewsOperationsModel Viewsg Time plot□ Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU Viewer □Model output□Model residsTrashmydata]Transient resp Nonknear ARX□Frequency resp Hamm-Wiener□Zeros and poles□Nose spectrumVakdation Data----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 - • System Identification •Untitled—□x Eile Qptiors SDfW)HelpThe character a not a vabd hotkeyImport dataOperationsj Preprocesstst<nate—、mydataData ViewsmydataWorking DataImport modelsg Time plot□Data spectra□Frequency functionTo ToWorkspace L71 V»ww □Model output□Model residsModel ViewsTrashmydataValdation DataThe character B not a vabd hotkey□Transient resp□Frequency resp Hamm-Wiener□Zeros and poles□Nooe spectrumNoninear ARX@ Model Output y1 —□ XFile Options Style Channel Experiment HelpMeasured and simulated model outputBest Filstf1： 55.71lf4: 16.19佗-3.884tf3: -14.12tf5: -33.540 12 3ninifile Qptiors SD(W) HelpImport dataJmydatamydataWorking Datag Time plot□ Data spectra|~| Frequency functionTo ToWorkspaco LU ViewerfflTrashZ7^| imydalnVakdation DataClick on data/model icons to plot/unplot curves|"~1 No«e spectrum02025OperationsEstonate一、Data Views<—Preprocessimport models可可尸mModel vewsNonInear ARXHamm-Wiener0 Model output□ Model resd$[""I Transent resp□ Frequencyresp ]Zeros and poles。