苏州TB电荷放大器

工作原理
DFT2001电荷放大器由电荷放大级，前级放大器归一化电压放大级，高、低通滤波器，输出放大级，过载指示和稳压电源五部分组成。各部分工作原理简述如下：
3.1 电荷放大级
电荷放大级由一个带电容反馈的高输入阻抗高增益的运算放大器所组成，连同压电传感器与输入电缆，其等效电路如图3.1。
其输出电压：
Vo= -QA/Ct+Co+Cf(1+A)
式中：Q——传感器产生的电荷
Ct——传感器电容
Co——输入电缆电容
Cf——反馈电容
-A——运算放大器开环增益（负号指输入与输出反相），由于A很大，也因此一般情况下：
| Ct+ Co|<<| Cf（1+ A）|这样
Vo≈- QA/ Cf（1+ A）≈-Q/ Cf (A>>1)
由上式可知，若反馈电容Cf不变，则输出电压Vo与输入电荷Q成正比，基本上与输入电缆电容无关，因此电荷放大器可使用很长的输入电缆而对测量精度影响甚小。

高低通滤波器
本仪器高通滤波器为紧接在电荷放大级输出端的单级RC滤波器，其每倍频程衰减6 dB
利用改变R，来得到6档不同的下限频率。但在0.3 Hz一档时，实际高通滤波器的频率约为0.08 Hz，而仪器的低下频率由电荷放大级确定。
低通滤波器为两级RC有源滤波（图3.2），从高通滤波器输出的信号经二节RC低通滤波后送至运算放大器同相端并将输出信号正反馈至输入端以补偿通带内的不平坦度，若R1=R2，则当C1=2C2时，其幅频特性好。该滤波器衰减率为每倍频程约12 dB，同时改变R1和R2，以获得6档不同的上限频率。

使用和维护
6.1 使用
6.1.1 面板说明
6.1.1.1 “Overload” 过载指示
指示仪器输出峰值是否超过10V；
6.1.1.2 “Hpf”下限频率
正确选用下限频率（高通滤波器），可抑制低频干扰信号，提高信噪比。下限频率应置于被测信号中低频率的0.1倍以下，测量时应注意传感器的热释电效应，配接一般压电加速度传感器时，下限频率不宜太低，若要测量低频振动时，宜选用石英传感器等温度效应小的传感器，这在低机械量中尤为重要。
6.1.1.3 “PE”电荷输入
接传感器输出的电荷信号。切不可从电荷输入端接入电压信号。
6.1.1.4 “Sensitivity、 Transducer Sensitivity”传感器灵敏度调节
供调节与之配接传感器灵敏度用。
6.1.1.5 传感器灵敏度小数点灯、传感器灵敏度范围、实际输出“ mV/Unit”、输出“ mV/Unit”之间关系见表6.1

测量顺序
6.1.2.1 接入交流220V，打开电源开关预热约10分钟。
6.1.2.2 将输出与适当的指示记录仪器—电压表、示波器、记录器、频率分析仪等接好。
6.1.2.3 传感器装到被测物体上，将低噪声电缆线和传感器接好，先用金属导体短接L5插头与芯以释放累积电荷，然后再接至仪器输入插座。
6.1.2.4 将传感器灵敏度旋至所接传感器灵敏度位置。
6.1.2.5 选择适当的《输出mV/Unit》档，若无法确定时，应先置于灵敏度较低的位置。
6.1.2.6 选择合理的上下限频率
6.1.2.7 进行测量
6.1.2.8 结束后关掉电源
6.1.3 应用举例
6.1.3.1 标定加速度计灵敏度
按图6.1 连接测量系统
标准加速度计和被测加速度计固定在电磁振动台的同一点上，用低噪声电缆将标准加速

1.多数传感器的感应部分能将机械量转变成微弱的电荷量Q，而且输出阻抗Ra。而通过适配电荷放大器就将此微弱电荷变换成与其成正比的电压，并将高输出阻抗变为低输出阻抗。Ca 配接传感器自身电容一般为数千pF，1/2 RaCa决定传感器低频下限。
Cc 传感器输出低噪声电缆电容。一般采用的导线值为100-300pF/米。
Ci 运算放大器A1输入电容典型值3pF 。
2.电荷变换级A1，采用高输入阻抗、低噪声、低漂移宽带精密运算放大器。反馈电容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四档。根据米勒定理，反馈电容折合到输入端的有效电容量是C =(1+K)Cf1。其中K为A1开环增益典型值为120dB，即106倍。Cf1取100pF小时C约为108pF。假设传感器输入低噪声电缆长度为1000米，则Cc为95000pF。假设传感器Ca为5000pF，则CaCcCiC并联后CaCcCi总电容约为105pF，三者总电容与C相比105pF/108pF = 1/1000。换句话说5000pF自身电容的传感器输出电缆1000米，折合到反馈电容也只影响Cf1 0.1%的精度，而电荷变换级的输出电压为传感器输出电荷Q / 反馈电容Cf1，因此也只影响输出电压0.1%的精度。
电荷变换级的输出电压为Q / Cf1，所以当反馈电容分别为101pF、102pF103pF、104pF时,其输出分别为10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
3.低通滤波器
以A3为核心组成二阶巴特沃斯有源滤波器，元件少，调节方便，通带平坦，可有效地消除高频干扰信号对有用信号的影响。
4.高通滤波器
二阶无源高通滤波器可有效地抑制低频干扰信号对有用信号的影响。
5.末级功放
以A4为核心组成增益，输出短路保护精度高。
6.程控和面板控制参数
为了实现对灵敏度、滤波常数的调整，我们设计了利用USB接口的计算机程控系统，可以通过计算机对相应参数进行调整，同时面板也可以进行显示和调整。
7.过荷级
以A9为核心当输出电压大于10Vp时,前面板红色发光二级管LED闪亮。此时信号发生削顶失真，应降低增益或查找故障。
8.电源
仪器的工作电压为15V。它由AC220V 50Hz经变压器降压整流滤波，再经可调集成稳压电源稳压后得到。

DFT2002双积分型电荷放大器特点
2.1 输入特性
2.1.1 大输入电荷量：±105pC。
2.2 输出
传感器电容1nF时，1~1000mV/Unit（1）。
传感器灵敏度调节：三位数字转盘调节传感器电荷灵敏度1~999pC/mS-2。
2.3 精度误差：
加速度：固有误差≤±1%
工作误差≤±2%
速 度：固有误差≤±3%
工作误差≤±5%
位 移： 固有误差≤±3%
工作误差≤±5%