一種電容式三軸一體化振動傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種電容式三軸一體化振動傳感器，屬于振動測量領域。
【背景技術】
[0002] 自上世紀90年代以來，具有內(nèi)置電路，以低阻形式輸出的一體化振動傳感器應用 越來越廣泛，如丹麥BK公司的IEPE振動傳感器、美國PCB公司的ICP振動傳感器。上述傳感器 內(nèi)置電路主要是實現(xiàn)阻抗匹配和信號調(diào)理，并無濾波電路，傳感器的頻率響應主要取決于 敏感元件。
[0003] 不同原理的振動傳感器頻率響應略有差異，一體化振動傳感器從測量原理來分主 要有壓電式、電容式和壓阻式。壓電式一體化振動傳感器的頻率響應一般為〇. IHz到十幾 kHz或幾十kHz，該類傳感器頻帶較寬，為了避免信號采集過程中出現(xiàn)混疊，影響測量精度， 因此對信號采樣頻率要求較高，其存儲數(shù)據(jù)容量較大。電容式和壓阻式一體化振動傳感器 頻率響應一般為OHz到幾 kHz，該類傳感器具有直流響應，當測量環(huán)境中存在過載等低頻信 號時，容易造成振動信號限幅，特別是對于小量程的傳感器，其敏感元件甚至可能出現(xiàn)飽 和，影響振動測量精度。例如在航天領域，火箭發(fā)射或飛行器飛行過程中既存在軸向（即飛 行方向）低頻加速度信號（即過載)也存在頻率較高的振動信號，而振動信號對安全監(jiān)測、氣 動布局分析具有重要意義，因此必須剝離低頻過載信號對振動測量的影響，這就需要能夠 隔離直流等低頻成分信號的振動傳感器。另一方面，火箭和飛行器的振動測量參數(shù)需傳回 地面，受信號傳輸帶寬的限制，信號采樣頻率不高，因此必須對測量用振動傳感器的截至頻 率進行限制，否則會出現(xiàn)混疊，影響測量精度。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種電容式三軸 一體化振動傳感器，能夠適應較寬的供電電壓范圍，具有限流保護功能且頻帶、量程可調(diào)， 消除了直流等低頻分量以及高頻分量對振動測量的影響，提高了測量精度，降低對數(shù)據(jù)采 集設備的要求。
[0005] 本實用新型所采用的技術方案是:一種電容式三軸一體化振動傳感器，包括：電容 式硅微加速度計、濾波電路、隔直及偏置放大電路、電源電路;硅電容式加速度計將振動信 號轉(zhuǎn)化為電壓信號并輸出，其輸出端與濾波電路的輸入端連接;濾波電路采用八階低通橢 圓開關電容濾波器和RC電路，對硅電容式加速計輸入的電壓信號進行濾波，濾波電路輸出 與隔直及偏置放大電路輸入相連;隔直及偏置放大電路濾除直流電壓分量，得到OV~5V的 電壓范圍內(nèi)并輸出；電源電路與電容式硅微加速度計、濾波電路、隔直及偏置放大電路同時 相連并提供工作供電。
[0006] 所述濾波電路包括電阻Rl、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、八階低通橢圓開關電 容濾波器Nl;硅電容式加速度計輸出端連接電阻Rl，電阻Rl和電容C2串聯(lián)后接地，電阻Rl和 電容C2的連接公共端接入八階低通橢圓開關電容濾波器Nl的輸入端口 IN，八階低通橢圓開 關電容濾波器NI的電源端口 VDD與關斷控制信號端口 SHDN連接后接電源VCC并與電容Cl連 接，電容Cl另一端接地，八階低通橢圓開關電容濾波器Nl的公共端口 COM和偏置調(diào)整輸入端 OS連接，連接后的公共端與電容C3連接后接地，電容C4與時鐘輸入端口 CLK串聯(lián)后接地，八 階低通橢圓開關電容濾波器Nl的接地端口 GND接地。
[0007] 所述隔直及偏置放大電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、 運算放大器N2A、運算放大器N2B、電容C5、電容C6、電容C7;電阻R2-端接電源VCC，另一端與 電阻R3串聯(lián)后接地，電容C5并聯(lián)在電阻R3的兩端，電阻R2和電阻R3的連接點與運算放大器 N2A的同相輸入端相連，運算放大器N2A的電源端接電源VCC，信號地端接地，反相輸入端與 輸出端相連；電阻R4的一端接運算放大器N2A的輸出端，另一端接運算放大器N2B的同相輸 入端，電容C6-端接濾波器輸出，另一端接電阻R5,電阻R5另一端與運算放大器N2B的反相 輸入端相連，電阻R6與電容C7并聯(lián)后，一端接運算放大器N2B的反相輸入端，另一端接運算 放大器N2B的輸出端，電阻R7-端接運算放大器N2B的輸出端，另一端為傳感器的輸出。
[0008] 所述電源電路包括電阻R8、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、基準源N3;電阻R8的 一端接供電電源，另一端與基準源N3的輸入端VS和休眠端相連，電容C7和電容C8并聯(lián)后一 端接地，另一端接基準源N3的輸入端VS和休眠端，電容C9和電容Cl 0并聯(lián)后，一端接電源VCC 和基準源N3的輸出端，另一端接基準源N3的信號地端和接地。
[0009] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0010] (1)本實用新型通過隔直及偏置放大電路隔離了 IHz以下的低頻信號，通過濾波電 路限制了高頻信號，從而消除了直流等低頻分量以及高頻分量對振動測量的影響，剔除了 過載等信號對振動測量的影響，提高了動態(tài)響應范圍及測量精度。
[0011] (2)本實用新型可根據(jù)實際測量需求，調(diào)整電容式硅微加速度計量程和隔直及偏 置放大電路增益實現(xiàn)任意量程設置，與傳統(tǒng)濾波器調(diào)整帶寬較需更改多個電阻、電容值相 比，通過調(diào)整一個電容值即可設置傳感器濾波器帶寬，降低數(shù)據(jù)采樣頻率，便于信號的記錄 和米集。
[0012] (3)本實用新型通過限流電阻、濾波電容、基準源共同組成電源電路，具有限流保 護功能，防止由于傳感器自身故障造成供電電源的損壞，同時本實用新型具有較寬的供電 電壓，能夠在9V~18V的供電電壓下正常工作。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型原理框圖；
[0014] 圖2為本實用新型濾波電路原理圖；
[0015] 圖3為本實用新型隔直及偏置放大電路原理圖；
[0016]圖4為本實用新型電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所不，一種電容式三軸一體化振動傳感器，包括電容式娃微加速度計、濾波 電路、隔直及偏置放大電路、電源電路。硅電容式加速度計具有頻帶寬，溫度特性好的優(yōu)點。 當有振動信號時，娃電容式加速度計輸出與振動量級對等的電壓信號，其輸出端與濾波電 路的輸入端連接。濾波電路采用的八階低通橢圓開關電容濾波器，具有較好的帶內(nèi)不平度 及帶外衰減，且通過調(diào)節(jié)電容就可完成頻帶調(diào)整。濾波器輸出與隔直及偏置放大電路輸入 相連，濾除前級電路的直流電壓分量后，將信號調(diào)理到OV~5V的電壓范圍內(nèi)，并提供直流偏 壓。電源電路為電容式硅微加速度計、濾波電路、隔直及偏置放大電路供電。
[0018] 電容式硅微加速度計為基于硅電容原理，采用微機械加工技術的加速度測量系 統(tǒng)，內(nèi)部集成了信號調(diào)理電路，其測量范圍分為28、1(^、3(^、5(^、10(^、20(^，對應的靈敏度 分別為 1〇〇〇11^/^、20〇11^/^、66.611^/^、4〇11^/^、2〇11^/^、1〇11^/^，可根據(jù)實際測量需求選用對 應測量范圍的加速度計。
[0019] 如圖2所示，濾波電路由RC電路和八階低通橢圓開關電容濾波器Nl構成。硅電容式 加速度計輸出端連接電阻Rl，電阻Rl和電容C2串聯(lián)