压电式加速度传感器电荷放大电路仿真传递函数求解

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(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。

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。

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。

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。

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。

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。

浙江理工大学2014—2015 学年第2 学期《机械工程测试技术》期末试卷（A ）卷标准答案和评分标准1.判断下述结论的正误（每题0.5分，共5分）(1)信号截断长度越长，其频率分辨率越高。

（×）(2)凡频谱是离散的信号必然是周期信号。

( × )准周期信号(3)测量小应变时，应选择灵敏度高的金属丝应变片，反之选择半导体应变片。

（×）(4)周期单位脉冲序列的频谱仍为周期单位脉冲序列。

( √ )(5)X-Y记录仪可记录任何频率的信号。

( ╳ )(6)电桥实现信号叠加 (╳ )(7)惯性式压电加速度传感器的输出电荷正比于质量块的加速度。

( √ )(8)系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。

( × )(9)传感器的作用是用来实现由非电量到电量的转换。

( √ )(10)对于一阶测试装置，其时间常数越小，输出的响应速度就越快。

( √ )(11)霍尔元件的材料是金属材料。

（╳）(12)测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。

( ╳ )(13)压电传感器输出阻抗较低。

（╳）(14)有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度过小，于是在工作电桥上半桥双臂各串联增加一片电阻应变片以提高灵敏度。

( ╳ )(15)直流信号的频谱是冲击谱（√）(16)磁电式传感器属于物性型传感器，适合测量动态量。

( ╳ )(17)直流电桥实现电压到电荷的转换。

(╳ )(18)压电式传感器特别适合测量动态量。

( √ )(19)系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。

( × )(20)对于一阶测试装置，其时间常数越小，输出的响应速度就越快。

( √ )2. 对下述问题，选择正确答案填空（每题0.5分，共5分）(1)重复频率为1000Hz的方波，经过截止频率为2000Hz的理想低通滤波器后的输出为（B）A. 1000Hz失真的方波B. 1000Hz的正弦波C. 2000Hz的正弦波D. 不知道是什么波(2)描述周期信号的数学工具是(B )。

压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度相对校准法实验目的1、掌握压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度的相对校准方法;2、熟悉压电式传感器与电荷放大器配套使用方法。

实验内容1、用加速度计校准器(Calibrator)校准加速度计电荷灵敏度;2、用同一装置校准力传感器电荷灵敏度。

实验装置及校准原理1、测试系统，见图1。

电荷放大器电压表 2626标准加速度计被校传感器电荷放大器电压表2635 校准器图1 用校准器进行加速度计相对校准示意图2、加速度计校准器。

B&K4291是一种便携式加速度计校准器，它内装固定频率79.6Hz(500rad/s)的正弦信号发生器和低功率放大器，可驱动有内外两个台面的微型振动台，2使台面产生加速度幅值为10?0.2m/s(可通过前面板右下方的旋钮微调)。

见图23、电荷放大器。

为具有很高输入阻抗的适调放大器，与压电式传感器配用，将电荷输出转换为电压输出。

B&K2635和2626电荷放大器前面板上方的一组(三个)灵敏度适调旋钮，可给出nn三位数的设置值(pC/unit);前面板中心的增益旋钮用于设置输出量程(mV/unit);qu电荷放大器增益为G,n/n(mV/pC) uq-2S设加速度计或力传感器的电荷灵敏度为，单位为pC/ms(加速度计)或pC/N(力q传感器)，则传感器与电荷放大器配套后的系统灵敏度为S,S,G,S,n/n qquqSnS在已知传感器的灵敏度情况下，通常使值与一致，此时系统灵敏度为 qqq S,nu此即所谓灵敏度适调。

电荷放大器前面板左下方和右下方分别为高通滤波器和低通滤波器设置旋钮，设置高通和低通的截止频率。

SS已知的标准传感器和待校准的加速度4、加速度计的相对校准法。

将一个电荷灵敏度qq计分别固定在B&K4291校准器内、外台面上，配套电荷放大器2626和2635，并接电压表，如图1。

nS假定2626的值与标准加速度计的一致，n=100mV/unit，微调4291的振幅，qqu使与2626相连的电压表读数为1V(0.707V)，则此时台面振动加速度峰值pkrms2=10.0m/s。

绪论1 .举例说明什么是测试？答：(1) 测试例子：为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，我们可以采用锤击法对梁进行激振，再利用压电传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。

（2）结论：由本例可知：测试是指确定被测对象悬臂梁的属性—固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振、拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息的过程。

2. 测试技术的任务是什么？答：测试技术的任务主要有:通过模型试验或现场实测，提高产品质量；通过测试，进行设备强度校验，提高产量和质量；监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施；通过测试，发现新的定律、公式等；通过测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。

3. 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要部分的作用。

（1）测试系统方框图如下：（2）各部分的作用如下：传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波和分析；信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。

模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。

4.测试技术的发展动向是什么?传感器向新型、微型、智能型方向发展；测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；参数测量与数据处理向计算机为核心发展；第一章1求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-和-图。

解：(1)方波的时域描述为：(2) 从而：2 .求正弦信号的绝对均值和均方根值。

解(1)(2)3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。

解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：其傅里叶变换为：(2)阶跃函数：4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。

解：(1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即：(2)根据卷积定理，其傅里叶变换为：5.设有一时间函数f(t)及其频谱如图所示。

压电式加速度传感器振动传感器加速度非接触型速度位移压电式（几Hz –几10kHz ）电动式（DC –300Hz ）应变式（DC –几kHz ）半导体式（DC –1kHz ）电动式（几Hz –几kHz ）应变式（DC –几10Hz ）耐压：6kg/cm2(0.59MPa)外形尺寸（mm）9HEXx10.5Hφ10.0x5.5Hφ6.5x4.2Hφ3.6x3.3Hφ3.5x2.5H尺寸（mm）（不含接头）2.7g2.3g0.8g0.2g0.2g重量（大约）钛钛钛钛钛外壳材料微小型接头（M3 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）小型接头（10-32 UNF螺纹）小型接头（10-32 UNF螺纹）接头选件选件选件3m3m电缆外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地接地200,000100,000100,00050,000100,000抗冲击能力（峰值）（m/s2 ）±100,000±10,000±10,000±10,000±100,000使用峰值（m/s2 ）60kHz35kHz40kHz60kHz60kHz共振频率（大约）fc~30,000Hzfc~15,000Hzfc~18,000Hzfc~20,000Hzfc~20,000Hz频率响应（+/-3dB）-20 ~ 80℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃使用温度1,000±20%700±20%640±20%580±20%580±20%电容（pF）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）0.3±20%0.35±20%0.17±20%0.0459±15%0.035±20%灵敏度（pC/m/s2）601613612611W611608T:上部接头外形尺寸（mm）8Wx5.5Hx7D17Wx7Hx9D14HEXx32H14HEXx25H14HEXx30H(608)14HEXx25H(608T)尺寸（mm ）（不含接头）1.2g 3.2g 43g 23g 29g (608)25g (608T)重量（大约）钛钛不锈钢SUS303不锈钢SUS303不锈钢SUS303外壳材料小型接头（10-32 UNF 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）接头3m 选件选件选件选件电缆容器接地容器接地容器接地容器接地容器接地接地50,00020,00020,00010,00032,000抗冲击能力（峰值）（m/s 2 ）±25,000±10,000±10,000±5,000±16,000使用峰值（m/s 2 ）60kHz 40kHz 20kHz 25kHz 30kHz 共振频率（大约）fc ~20,000Hz fc ~20,000Hz fc ~8,000Hz fc ~11,000Hz fc ~12,000Hz 频率响应（+/-3dB ）-50 ~ 160℃-20 ~ 160℃-20 ~ 140℃-20 ~ 120℃-20 ~ 140℃使用温度560±20%700±20%1,000±20%1,000±20%1,000±20%电容（pF ）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）0.04±20%0.16±20%10±10%5±20%5±10%灵敏度（pC/m/s 2）611ZS 612ZS 607608LF 608/608T三轴三轴1k Ω1kΩ300Ω300Ω100Ω或小于输出抗阻（大约）外形尺寸（mm ）14.2Wx14.2Hx14.2D14.2Wx14.2Hx14.2D17HEXx34H14HEXx28Hφ7.9x11.9H尺寸（mm ）（不含接头）11.1g 11.1g 46g 21g 2g 重量（大约）钛钛不锈钢SUS303不锈钢SUS303钛外壳材料DR-4S-4DR-4S-4小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）接头选件选件选件选件φ1.0低噪声电缆60cm 电缆外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地接地30,00030,00010,00010,000100,000抗冲击能力（峰值）（m/s 2 ）±4,000±400±150±1,500±3,600使用峰值（m/s 2 ）35kHz 35kHz 30kHz 40kHz 60kHz 共振频率（大约） 1 ~8,000Hz 1 ~8,000Hz 3 ~14,000Hz 3 ~23,000Hz 2 ~20,000Hz 频率响应（+/-3dB ）-50 ~ 110℃-50 ~ 110℃-40 ~ 110℃-40 ~ 110℃-50 ~ 105℃使用温度40μVrms 40μVrms 20μVrms 20μVrms 20μVrms 本底噪声（最大值）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）1±10%10±10%10±15%1.0±15%1.0±10%灵敏度（pC/m/s 2）7240Z/7240ZT 724Z/724ZT 707708702FB/ST三轴724ZT: TEDS 功能FB: 平底型ST: 螺栓型三轴7240ZT: TEDS 功能fc~20,0000.0425,000611ZSfc~20,0000.1610,000切变612ZS小型，三轴fc~8,0001010,000压缩607高灵敏度fc~11,00055,000608LF低频率fc~12,000516,000608/608T通用型fc~30,0000.3100,000601小型fc~15,0000.3510,000613小型fc~18,0000.1710,000612小型fc~20,0000.045910,000611W防水型fc~20,0000.035100,000切变611小型频率响应(Hz)（+/-3dB）灵敏度（pC/m/s2）使用峰值+/-（m/s2）传感构造型号特性1 ~8,00013,6007240ZT三轴,TEDS1 ~8,00014,0007240Z三轴1 ~8,00010360724ZT三轴,TEDS21 ~24V1 ~8,00010400切变724Z三轴3 ~14,00010150707高灵敏度3 ~23,00011,500708通用型15 ~25V0.5 ~5mA2 ~20,00013,600压缩702FB/ST小型电压恒定电流频率响应(Hz)（+/-3dB）灵敏度（pC/m/s2）使用峰值+/-（m/s2）传感构造型号特性插头转换器（10-32UNF ）-BNCCA-034延长电缆连接器（延长电缆用）CA-033小型插头（10-32UNF 螺纹）CN-032小型插座（10-32UNF 螺纹）CN-031外形说明型号A=φ24, B=14,C=M6(P=1)x4磁铁MG-707A=4, B=M6绝缘双头螺栓（260℃）IS-707HA=φ17, B=M6(P=1), C=21绝缘双头螺栓（120℃）IS-707A=φ11, B=M6(P=1), C=14绝缘双头螺栓（120℃）IS-708外形外形尺寸（mm ）说明型号3.3m3.3m 3m 1.5m 订货指定长度3m 3m 1.5m 1.5m 订货指定长度订货指定长度长度两端小型接头CL-207两端小型接头CL-206一端小型接头，一端BNC 接头CL-206B 一端小型接头，一端BNC 接头CL-207B 601, 612, 613, 612ZS,611ZS 一端小型接头，一端微小型接头CL-600一端小型接头，一端微小型接头CL-601一端小型接头，一端微小型接头CL-602一端DP-4S-1(4针), 一端3个BNC 接头CL-714B724Z/7240Z 系列一端DP-4S-1(4针), 一端3个小型接头CL-714M 一端小型接头，一端BNC 接头CL-200B 608, 608T, 608LF, 708,707两端小型接头CL-200对应压电加速传感器型号连接器型号电荷输出电压输出LX-10/20SA-611600系列低噪声电缆同轴电缆电荷输出型加速度传感器电荷放大器数据记录仪电荷输出电压输出LX-10/20 600系列低噪声电缆同轴电缆电荷输出型加速度传感器转换器数据记录仪带AR-LXPAx型电压输出式加速度传感器用输入放大器CC-10电压输出LX-10/20700系列可使用同轴电缆传感器数据记录仪带AR-LXPAx型约440g （不含干电池）重量约48W x 110H x 110D (mm) （不包含突起部）外形尺寸干电池（LR6碱性干电池4个），电荷输入时供电时间约40小时外部电源5V~15V DC, 消费电流约45mA （6V DC, 电荷输入，CAL OFF 时）100V AC （使用选件AC-DC ）电源温度：0~+40℃湿度：20~80%RH （非结露）使用环境矩形波200Hz ±20Hz, 2Vp-p ±5% (范围“H”, “M”) 矩形波200Hz ±20Hz, 20Vp-p ±5% (范围“L”) 校准信号输入换算0.02pC (mV)rms 以下，输入容量1000pF,灵敏度设定1pC/m/ s 2 （mV/m/s 2）,输出范围定1m/ s 2/ FS, LPF Pass 噪声LPF (-3dB): 1kHz, 10kHz-12dB/oct HPF (-3dB): 5Hz -6dB/oct 滤波器0.2Hz ~30kHz, +0.5dB/-3dB (范围“H”, “M”) 0.2Hz ~10kHz, +0.5dB/-3dB (范围“L”)频率特性±1.5%以内（条件200Hz,输出负荷10kΩ以上）灵敏度精度±10V/10mA负荷阻抗2kΩ以上最大输出±1V 输出阻抗1Ω以下输出额定值BNC输出接头0.03 ~ 999pC/m/s 2 （mV/m/s 2）灵敏度设定范围1，10，100倍3段切换灵敏度切换3位数字开关灵敏度设定0.5mA, 4mA （±20%），电压24VDC 恒定电流电荷：10000pC电压：±10V最大输入值电荷，电压输入开关切换式输入切换压电式加速度传感器（电荷输出型及电压输出型）连接传感器BNC （电荷输入，电压输入兼用）输入接头。

第6章压电式传感器一、单项选择题1、对石英晶体，下列说法正确的是（）0A.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。

B.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。

C.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。

D.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。

2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）A.压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好B.压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好C.石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好D.石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）A.并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B.并联时输出电压不变，电荷量增加了 2倍C.并联时电荷量增加了 2倍，输出电容为单片时2倍D.并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）A.串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同B.串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C.串联时电荷量增大一倍，电容量不变D.串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。

A.磁阻效应B.压阻效应C.正压电效应D.逆压电效应6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。

A.前者比后者灵敏度高B.后者比前者灵敏度高C.前者比后者性能稳定性好D.前者机械强度比后者的好7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。

A.晶体厚度成反比C.作用在晶片上的压力成正比8、压电式传感器目前多用于测量（A.静态的力或压力C.位移B.晶体面积成正比D.剩余极化强调成正比）oB.动态的力或压力D.温度A.不产生压电效应B. 产生逆向压电效应C. 产生横向压电效应D. 产生纵向压电效应关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（二、多项选择题1、 压电晶体式传感器其测量电路常采用（）。

（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。

（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。

（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。

（ ） （二）、√。

、√。

、╳。

、╳。

、√。

1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个的正弦信号，则必然导致输出波形失真。

（）2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。

（）3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系统的物理模型无关。

（）4、 传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。

（）5、 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。

（）6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

（） （三）╳√√√╳╳（三）判断对错题（用√或×表示）1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。

（ ）2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。

（ ）4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。

（ ） （三）√√╳╳（二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。

（）灵敏度（）线性度（）回程误差（）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统响应的卷积。

（）正弦（）阶跃（）脉冲（）斜坡3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。

（）)()(21ωωQ Q （）)()(21ωωQ Q +（）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（）)()(21ωωQ Q -4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量。

（）存在，但<％（）存在，但<（）在时间常数很小时存在（）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统。

Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告课程名称:电子技术课程设计设计题目: 加速度传感器放大电路设计 专业班级: 。

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起止日期: 学生邮箱: 。

西南科技大学信息工程学院制2019年01月西南科技大学《电子技术课程设计》任务书交稿形式：手写稿；打印稿；软件；图纸；其他学生日志与师生见面情况西南科技大学信息工程学院《电子技术课程设计》综合评价表同意答辩；不同意答辩。

指导教师签名：年月日说明：（1）评分说明：优：90-100；良：80-89；中：70-79；及格：60-69；不及格：<60。

（2）优秀率：控制在总人数的15-20%之内，并且宁缺毋滥。

（3）课程教学目标根据大纲需求进行调整。

加速度传感器放大电路设计摘要：现代工业和自动化生产过程中，设备的冲击和振动信号通常采用压电加速度传感器来获取，然后需经电荷放大器对传感器输出的电荷信号进行电荷—电压转换，方可用于后续的方大、处理，因此电荷放大器是必不可少的二次仪表。

本设计采用LM358P芯片对压电式加速度传感器的输出信号进行放大，通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。

通过设计，掌握了电路设计的基本方法与技能，达到了课程设计的目的。

关键词：放大电路加速度传感器 LM358P第1章设计任务分析与设计方案选择传感器是人们生活中常见的电子器件，而加速度传感器更是运用在生活的方方面面，本设计作为加速度传感器的放大电路，主要功能是将加速度传感器输入的脉冲信号进行放大后输出。

方案设计将简单介绍部分原件以及加速度传感器的选择运用。

综合比较多种加速度传感器，综合运用所学知识设计电路，完成设计要求。

1.1设计任务分析本设计为压电式加速度传感器放大电路设计，其核心在于收集采样信号和信号放大两个方面。

Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告西南科技大学信息工程学院制2019年01月课程名称: 电子技术课程设计 设计题目: 加速度传感器放大电路设计专业班级: 。

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起止日期: 2019.1.7-2019.1.17学生邮箱:。

西南科技大学《电子技术课程设计》任务书学生日志与师生见面情况西南科技大学信息工程学院《电子技术课程设计》综合评价表说明：（1）评分说明：优：90-100；良：80-89；中：70-79；及格：60-69；不及格：<60。

（2）优秀率：控制在总人数的15-20%之内，并且宁缺毋滥。

（3）课程教学目标根据大纲需求进行调整。

加速度传感器放大电路设计摘要：现代工业和自动化生产过程中，设备的冲击和振动信号通常采用压电加速度传感器来获取，然后需经电荷放大器对传感器输出的电荷信号进行电荷—电压转换，方可用于后续的方大、处理，因此电荷放大器是必不可少的二次仪表。

本设计采用LM358P芯片对压电式加速度传感器的输出信号进行放大，通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。

通过设计，掌握了电路设计的基本方法与技能，达到了课程设计的目的。

关键词：放大电路加速度传感器LM358P第1章设计任务分析与设计方案选择传感器是人们生活中常见的电子器件，而加速度传感器更是运用在生活的方方面面，本设计作为加速度传感器的放大电路，主要功能是将加速度传感器输入的脉冲信号进行放大后输出。

方案设计将简单介绍部分原件以及加速度传感器的选择运用。

综合比较多种加速度传感器，综合运用所学知识设计电路，完成设计要求。

1.1 设计任务分析本设计为压电式加速度传感器放大电路设计，其核心在于收集采样信号和信号放大两个方面。

信号的输入需要选择合适的传感器，信号放大也需要相应的电荷放大器。

压电式加速度传感器摘要：本文介绍了压电式加速度传感器的结构和工作原理，推导了传感器的数学模型，并分析了测量电路，压电传感器的产生零漂现象的各种原因，并针对这些原因提出相应的解决措施。

关键词：压电式；加速度传感器；零漂1 引言现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。

压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。

压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、体育、制造业、军事、航空航天等领域都得到了非常广泛的应用。

加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器，加速度传感器主要分为压阻式、电容式、应变式、压电式、振弦式、挠性摆式、液浮摆式等类型。

压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。

2工作原理压电式加速度传感器又称为压电加速度计，它也属于惯性式传感器。

它是典型的有源传感器。

利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，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。

压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电测量的目的。

压电加速度传感器的原理框图如图1所示，原理如图2所示。

图1 加速度传感器的组成框图支座图2 压电加速度传感器原理图实际测量时，将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。

当待测物运动时，支座与待测物以同一加速度运动，压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用，在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。