压电式传感器测量电路

由于压电式传感器产生的电量非常小，因此要求测量电路输入级的输入电阻非常大以减小测量误差。在压电式传感器的输出端，总是先接入高输入阻抗的前置放大器，然后再接入一般放大电路。

前置放大器的作用：

①将压电式传感器的输出信号放大。

②将高阻抗输出变为低阻抗输出。

压电式传感器的测量电路有电荷型与电压型两种，相应的前置放大电路也有电荷型与电压型两种形式。

（1）电压放大器

图8．8（a）为压电式传感器与电压放大器连接后的等效电路图，图8．8（b）为进一步简化后的电路图。

图8．8 压电式传感器的电压放大器

由图8．8可知

假设作用在压电传感器上的交变力为F，其最大值为Fm，角频率为ω，即

若压电元件的压电常数为d，在力F作用下，产生的电荷Q为

经过分析后，可得出送到电压放大器输出端的电压为

所以，压电式传感器的压电灵敏度为

由此可知：

①当ω为零时，Sv为零，所以不能测量静态信号。

②当ωR＞＞1时，有，与输入频率ω无关，说明电压放大器的高频特性良好。

③Sv与Cc有关，Cc改变时Sv也改变。因此，不能随意更换传感器出厂时的连接电缆长度。另外，连接电缆也不能过长，过长将降低灵敏度。

电压放大器电路简单，元件便宜；但电缆长度对测量精度影响较大，限制了其应用。

（2）电荷放大器

电荷放大器实际上是一个高增益放大器，其与压电式传感器连接后的等效电路如图8．9所示，Cc为连接电缆的等效电容，Ci为集成运放的输入等效电容，A为放大器的电压放大系数，则

当A＞＞1时，得

则

由式（8．13）可知，电荷放大器的输出电压只与反馈电容有关，而与连接电缆的传输电容无关，更换连接电缆时不会影响传感器的灵敏度，这是电荷放大器的突出优点。

图8．9 电荷放大器原理图

图8．10 电荷放大器外形图

电荷放大器外形图如图8．10所示。在实际电路中，考虑到被测物理量的不同量程，反馈电容的容量选为可调的，范围一般为100～1000PF。电荷放大器的测量下限主要由反馈电容与反馈电阻决定，即。一般Rf的取值在1010Ω以上，则fL可以小于1Hz。因此，电荷放大器的低频相应也比电压放大器好得多，可以用于变化缓慢的力的测量。