[发明专利]高度集成的电荷放大器电路

说明书

本发明公开了一种高度集成的电荷放大器电路，封装于压电式传感器的内部，与压电式传感器的压电陶瓷电连接，包括印刷电路板，印刷电路板上设有阻抗转换电路，阻抗转换电路的输出端电连接有高能力驱动电路，阻抗转换电路与高能力驱动电路之间连接有静态工作点钳制电路，阻抗转换电路的负极还电连接有浮地电路；将印刷电路板和各电路设于压电式传感器的内部，实现了电荷放大器的高度集成，在各电路的配合下，实现了把高内阻的电荷信号变为负载能力很强的电压信号，极大提高了抗干扰能力，且电子元器件用量大幅减少，将使用该电荷放大器电路的传感器成本控制在百元以内，有利于压电传感器的大面积推广使用和在物联网构建过程中的使用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种用于处理传感器检测信号的高度集成的电荷放大器电路。

背景技术

压电传感器以压电晶体作为敏感元件，能自主产生动态范围广阔的电信号，具有体积小、重量轻(一般不超过15g)、频带宽、结构简单、工作可靠等优点。现在已经广泛应用于航空、船舶、桥梁和建筑的振动测试、信号分析、振动校准、机械动态实验等领域。但压电元件受力后产生的电荷量极其微弱，这给后接电路带来一定困难，要测定这样微弱的电荷的关键是防止导线、测量电路和加速度传感器本身的电荷泄漏。为此，通常把传感器的检测信号先输入到高输入阻抗的前置放大器，只有在高输入阻抗的条件下，放大器的输入端几乎没有分流，运算电流仅流入反馈回路，把泄漏电荷减少到测量准确度所要求的限度以内。

但是，传统的电荷放大器设计复杂、价格昂贵、体积较大、难于集成，导致传感器和电荷放大器之间不得不采用电缆连接，而电缆连接的最大问题就是产生分布电容，并产生电荷泄漏。尤其是对于压电式粗糙度仪、高速圆度仪这些传感器与线路板之间距离较远且可能发生相对运动的仪器来说，传感器线缆本身还会因为摩擦而产生电荷，对信号采集造成干扰，因此如何避免电荷泄漏、避免传感器线缆产生电荷对信号产生影响，成为提高传感器测量准确度需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗干扰能力强、无电荷泄漏，成本低的高度集成的电荷放大器电路。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高度集成的电荷放大器电路，封装于压电式传感器的内部，与所述压电式传感器的压电陶瓷电连接，包括印刷电路板，所述印刷电路板上设有与所述压电陶瓷电连接的阻抗转换电路，所述阻抗转换电路的输出端电连接有高能力驱动电路，所述阻抗转换电路与所述高能力驱动电路之间连接有静态工作点钳制电路，所述阻抗转换电路的负极还电连接有浮地电路。

作为优选的技术方案，所述印刷电路板上设有用于电连接所述压电陶瓷的正极输入端子和负极输入端子，用于连接供电电源正极的高电平连接端子，用于输出驱动信号的驱动输出端子及接地端子，所述阻抗转换电路连接在所述正极输入端子和所述负极输入端子上，所述高能力驱动电路的输出端电连接至所述驱动输出端子上；所述浮地电路连接在所述负极输入端子上。

作为优选的技术方案，所述阻抗转换电路包括运算放大器U4B，所述运算放大器U4B的正相输入端连接至所述正极输入端子，所述运算放大器U4B的反相输入端连接至所述负极输入端子，且所述负极输入端子与所述运算放大器U4B的反相输入端之间的导线上依次串接有低温漂电阻R1和低温漂电阻R3，所述低温漂电阻R1和所述低温漂电阻R3的连接端与所述运算放大器U4B的正相输入端之间连接有低温漂电阻R2，所述运算放大器U4B的反相输入端与所述运算放大器U4B的输出端连接，所述运算放大器U4B的正电源端电连接至所述高电平连接端子，所述运算放大器U4B的负电源端接地设置。

作为优选的技术方案，所述正电源端与所述负电源端之间并联设有电容C1和电容C2。