一種壓電加速度計前置放大器的製作方法

2023-05-29 09:47:26

專利名稱：一種壓電加速度計前置放大器的製作方法
技術領域：
本發明提出一種壓電加速度計前置放大器，該器件能夠很方便地安裝在壓電加速度計上和並從其上拆卸，同時將壓電加速度計的高輸入阻抗轉變為低輸入阻抗，屬於壓電傳感器領域。
背景技術：
振動是現代各種工程，如飛彈、飛機、船舶、汽車、橋梁乃至堤壩和建築物的各種設計的重要特性。任何物體都有振動，振動量的大小反映一個物體、一臺設備的運行狀況。在各類測震傳感器中，壓電加速度計以其尺寸小、重量輕、頻率範圍寬(0.5～20000Hz)等優點被廣泛應用。在對航空發動機、船舶高速柴油機、冶金系統和火力發電機等的振動監測中，均少不了使用各種形式的壓電加速度計。
壓電加速度計是利用壓電陶瓷、晶體材料的壓電效應，將機械能轉換成電能。當壓電加速度計受到振動作用時，其輸出電壓的大小與所受的振動加速度成正比。然而普通壓電加速度計的輸出信號只有通過信號轉化才能被普通儀器儀表裝置測量得到。
目前常用的一種信號轉化方式是將輸出信號輸入到電荷放大器後再與儀器儀表相連接。這種連接方式在傳感器和儀器儀表中增加了電荷放大器，大大增加了安裝和調試的過程，不利與快速檢測的進行。此外這種電荷放大器一般需要依賴進口，而每個電荷放大器的售價一般在幾千美元以上，大大增加了測量成本。

發明內容
本發明提出的前置放大器解決了上述難題，提出了一種體積小巧，結構簡單，便於製作，成本較低，易於裝卸的壓電加速度計用前置放大器。本裝置結構以往還從未見報導。
如圖1所示，本發明由1-插孔、2-輸出端絕緣體、3-輸出端外殼、4-電荷放大集成電路、5-輸入端絕緣體、6-旋鈕、7-插針、8-連接端外殼八個部分組成。
1-插孔是信號輸出的接口，它與4-電荷放大集成電路的正極相連，輸出的已被放大和處理的信號直接輸送給測試儀器儀表。連接接口仍然使用普通壓電加速度計的標準接口。同時該插孔也將與外接直流電源相聯接，為電荷放大集成電路提供必要的工作電壓。
2-輸出端絕緣體是絕緣性能比較好的材料，使得正極輸出與大地絕緣，並且需要有一定的彈性，這樣可以比較緊密地連接1-插孔和3-輸出端外殼。
3-輸出端外殼常用不鏽鋼或者銅加工而成，並且輸出螺紋可以是公制M5、M6螺紋。3-輸出端外殼與8-連接端外殼是採用擠壓配合連接，也可以用粘合劑或者焊接相連接。同時它還須將4-電荷放大集成電路壓緊在8-連接端外殼的內部，不僅如此，在壓緊面與4-電荷放大集成電路的接地極導通構成迴路。
4-電荷放大集成電路的基本原理圖如圖2所示，由電晶體、電阻、輸入端、輸出端和基片組成。電晶體由結型場效應管和低噪聲雙級型電晶體構成，場效應管的柵極作為輸出端並通過電阻RG接地(與3-輸出端外殼和8-連接端外殼連接)，漏極D與雙極型電晶體的集電極C作為輸出端(與1-插孔連接)，發射極e通過電阻Re接地，輸出端既與電源連接又作為信號輸出線，構成二線制機構。
5-輸入端絕緣體的材料、形式與2-輸出端絕緣體一致，僅將尺寸作調整，用於連接7-插針和8-連接端外殼，並且起到絕緣作用。
6-旋鈕是用於固定5-輸入端絕緣體，防止其上下浮動，旋鈕與外殼的連接採用螺紋連接。
7-插針將直接與傳感器相連接作為輸入通道，並且與4-電荷放大集成電路的輸入級相聯接。該插針與1-插孔都需要導電性能較好並且具有一定彈性和耐磨性的銅材料加工。
8-連接端外殼採用M5或者M6公制螺紋於壓電加速度計頂端連接。
該發明比之傳統壓電加速度計用的電荷放大器具有連接簡單、使用方便，並且大大降低了成本和減小了使用的空間等特點。用戶可將數個普通壓電加速度計當作體內裝有集成電路的壓電加速度計使用，可以節省電荷放大器的製作成本，使得普通壓電加速度計具有更為廣泛的應用。


圖1為本發明提出的一種壓電加速度計前置放大器結構圖。1-插孔、2-輸出端絕緣體、3-輸出端外殼、4-電荷放大集成電路、5-輸入端絕緣體、6-旋鈕、7-插針、8-連接端外殼。
圖2為電荷放大集成電路的基本原理圖。
具體實施例方式
將壓電加速度計固定在待測物表面後，將前置放大器直接旋於壓電加速度計上並連接測試導線後即可進行檢測。
權利要求
1.一種壓電加速度計前置放大器，其特徵在於包括插孔(1)、輸出端絕緣體(2)、輸出端外殼(3)、電荷放大集成電路(4)、輸入端絕緣體(5)、旋鈕(6)、插針(7)、連接端外殼(8)八個部件。
2.按權利要求1所述的一種壓電加速度計前置放大器，其特徵在於插孔(1)與電荷放大集成電路(4)的正極相連，插孔和輸出端外殼(3)之間由輸出端絕緣體連接，輸出端外殼與連接端外殼(8)採用擠壓配合或粘合劑或焊接方式相連接，輸出端外殼與電荷放大集成電路的接地極相導通構成迴路，插針(7)與連接端外殼之間由輸入端絕緣體連接，插針與電荷放大集成電路的輸入極相連接。
3.按權利要求1或2所述的一種壓電加速度計前置放大器，其特徵在於所述的電荷放大集成電路由電晶體、電阻、輸入端、輸出端和基片組成。
4.按權利要求1或2所述的一種壓電加速度計前置放大器，其特徵在於所述輸出端絕緣體和輸入端絕緣體的材料是工程塑料或氟塑料，其尺寸根據插針和插孔的尺寸決定。
全文摘要
一種便於安裝和拆卸，具有電荷放大器作用的壓電加速度計前置放大器，屬于振動傳感器領域。該前置放大器包括插孔(1)、輸出端絕緣體(2)、輸出端外殼(3)、電荷放大集成電路(4)、輸入端絕緣體(5)、旋鈕(6)、插針(7)、連接端外殼(8)八個部件。使用該前置放大器可以方便的將普通壓電加速度計的高輸入阻抗轉變為低輸入阻抗，該發明具有連接簡單、成本低廉、使用方便等優點。
文檔編號G01P15/09GK1588095SQ20041005412
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者包紹明, 沈夏城, 毛利萍, 雒彩雲 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所