基于精密积分器的传感器电路设计.doc
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1、基于精密积分器的传感器电路设计1 引言接收换能器包括标量水听器和矢量水听器1-3。顾名思义,标量水听器只可测得声场中的标量信息,而矢量水听器,作为一种新兴的水听器,可以测出声场中矢量参数。在理想流体中,没有切应力,所以,声压为标量,质点振速为矢量4。因此,声场中的基本信息既有标量参数,又有矢量参数,单单测得声场的标量参数是不够的,无法完整的表述声场的全部信息,所以矢量水听器的研究越来越得到重视。利用矢量水听器获取质点振速的参数,传统上是直接利用矢量水听器中的振速传感器(速度传感器)获取5,具有便于信号处理的特点,但是由于其工作频带较窄,不适合直接使用。本设计针对这点,利用加速度信号具有在高频段
2、有高灵敏度的特性,用加速度计获取加速度信号,利用精密积分器进行积分,可使改良后的速度传感器兼具易于信号处理和工作频带宽的特点,性能更加优越。2 技术优势积分芯片 ACF2101 是双路积分器,具有很高的精确度。通过积分器,每路积分器可以利用内部或者外部的电容器,将输入电流转换为输出电压。芯片内部包含了高精度的 100 pF 电容、保持开关、复位开关以及多路输出复用器。积分芯片 ACF2101 作为一个完整的电路,它消除了很多诸如泄漏电流引起的误差和噪声等在分立元件搭建的电路中经常遇到的问题。较于传统的积分方式,ACF2101 芯片的噪声更小,并且也省去了高性能、高阻值的反馈电阻。极低的偏置电流
3、、低噪声、ACF2101 的差动放大器,以及用激光装配的补偿和漂移,保证了电流到电压转换的精度。3 系统的整体设计思路本设计共有四路电路,分别是声压 P 路,加速度X 路,加速度 Y 路和加速度 Z 路。在声压 P 路的电路设计中,只需对所得到的信号进行放大工作,不需要进行信号转换的工作,因此,此路电路只包含放大电路以及驱动电路。加速度电路的输入信号为加速度信号,该电路应有两种状态:进行信号转换状态和直接输出状态。积分状态下,在对接信号发生器时,由于积分器的输入不能很大(实测是输入为 10 mV 以上就会有失真),而且信号发生器的工艺限制了其输出不能太小,因此放大电路置于积分电路之后并且在积分
4、电路之前加入了衰减电路。使用的衰减电路为型衰减电路,为了使输入内阻变大,在最前端加入了电压跟随器,如图 1 中虚框位置。而在对接加速度振子时,由于传感器的输出信号不大,此时可以去除衰减电路和电压跟随器直接进行信号的转换。在不积分状态下,信号越过积分部分直接进入放大部分,如图 1 所示。4 系统各硬件模块的实现4.1 加速度信号转换模块作为整个积分电路的核心,积分电路在电路中起着至关重要的作用,积分工作主要由积分芯片ACF2101 承担,积分电路图以及积分芯片内部电路图见图 2。输入信号与 Sw In 管脚连接,通过积分器积分,从 Out 管脚输出,电源正电压与13管脚连接,电源负电压与 12
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- 基于 精密 积分器 传感器 电路设计
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