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一種電容式加速度傳感器設(shè)計(jì)的研究

作者: 時(shí)間:2012-11-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

d.低通有源濾波器

低通有源濾波器如圖9所示。它是由無源RC濾波器和有源RC濾波器組成。無源RC濾波器的頻率特性為:

式中:ω1=1/R21C7或f1=1/2πR21C7

有源RC濾波器的頻率特性為:

式中:ω2=1/R24C8或f2=1/2πR24C8

則低通有源濾波器的頻率特性為:

故其幅頻特性為:

一般規(guī)定增益下降到KF/2時(shí)的頻率為截止頻率,通過上式求得為f≤11.5Hz ,則帶寬為0~11.5Hz 。這樣把它檢波后的脈動(dòng)直流信號(hào)中高次諧波濾掉,采用有源低通濾波器的優(yōu)點(diǎn)是較小的電容得到良好的濾波效果。濾波器輸出后的電壓信號(hào)經(jīng)過AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換片與單片機(jī)8031連接,這樣就可以完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)和控制。

圖9 低通有源濾波電路

實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:ZD-1型振動(dòng)臺(tái)一臺(tái),其頻響10~20kHz。9102型測(cè)振傳感器一個(gè),其性能指標(biāo):靈敏度為10pC/ms2,頻響為0.2~6000Hz ,線性度為±1%。BZ2112型振動(dòng)測(cè)量儀, 其性能指標(biāo): 頻響為0.5Hz~100kHz ,量程為0.1~1000ms -2(0.01~100g)。被測(cè)試設(shè)備一臺(tái)。實(shí)驗(yàn)時(shí),振動(dòng)臺(tái)工作在300Hz ,通過調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)幅值,使振動(dòng)測(cè)量儀工作量程0~100ms -2范圍,分別讀取被測(cè)設(shè)備輸出電壓數(shù)值,對(duì)它進(jìn)行特性分析。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示:

表1 測(cè)試設(shè)備的濾波器輸出電壓值

從測(cè)試數(shù)據(jù)求出最大誤差為0.08,測(cè)量范圍為0~10g ,所以線性度R=0.08/10=0.8% ,滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的傳感器,具有電路結(jié)構(gòu)簡單,頻率范圍寬約為0~450Hz,線性度小于1%,靈敏度高,輸出穩(wěn)定,溫度漂移小,測(cè)量誤差小,穩(wěn)態(tài)響應(yīng),輸出阻抗低,輸出電量與振動(dòng)的關(guān)系式簡單方便易于計(jì)算等優(yōu)點(diǎn),具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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