SU1171979A1

SU1171979A1 - Charge amplifier

Info

Publication number: SU1171979A1
Application number: SU833657290A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Федорович Терещенко
Original assignee: Tereshchenko Anatolij F
Priority date: 1983-11-01
Filing date: 1983-11-01
Publication date: 1985-08-07

Abstract

1. УСШШТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий пьезоэлектрический датчик, первый операционный усилитель, первый конденсатор, первый ключ и интегрирующий усилитель, причем неинвертирую1ций вход первого операционного усилител подключен к общей шине, первый вывод пьезоэлектрического датчика соединен с инвертирующим входом первого операционного усилител и через параллельно включенные первый конденсатор и первый ключ с его выходом, отличающийс тем, что, с целью расширени частотного диапазона при измерении квазистатических процессов, в него дополнительно введены дифференцирукнца цепь, первый коммутатор, второй ключ, запоминающий элемент и блок управлени , при этом первый и второй ключи, первый коммутатор и интегрирующий усилитель вьтолнены управл емыми , вход интегрирующего усилител подключен, к размыкающему контакту первого коммутатора, а выход через последовательно соединенные второй ключ и запоминакиций элемент - к второму выводу пьезоэлектрического датчика , выход первого операционного усилител через дифференцирующую цепь соединен с подвижным контактом первого коммут,атора,. замыкающий контакт которого подключен к общей шине а управл ющие входы первого и второго ключей, первого коммутатора и интегрирующего усилител соединены с соответствующими выходами блока управлени . 2. Усилитель по п. 1, отличающийс тем, что интегрирующий усилитель выполнен на втором и третьем операционных усилител х, втором коммутаторе, резисторе и сл втором конденсаторе, при этом втос рой коммутатор выполнен управл емым, неинвертирзтощие входы второго и третьего операционных усилителей и замыкающий контакт второго коммутатора подключены к общей шине, инвертирующий вход второго операцион ного усилител вл етс входом ин тегрирукнцего усилител , выход третьего операционного усилител вл етс ч выходом интегрирующего усилител , со а управл ющий вход второго коммутатора - управл юпр1М входом интегрирующего усилител , А выход второго операционного усилител соединен с подвижным контактом второго Kowiyraтора , размыкакнций контакт которого через резистор подключен к инвертирук дему входу третьего операционного усилител , выход которого через второй конденсатор соединен с его инвертирукщим входом.1. USER CHARGE, containing a piezoelectric sensor, the first operational amplifier, the first capacitor, the first key and the integrating amplifier, the non-inverted input of the first operational amplifier connected to the common bus, the first output of the piezoelectric sensor is connected to the inverting input of the first operational amplifier and through a parallel-connected first capacitor and the first key with its output, characterized in that, in order to expand the frequency range when measuring quasistatic processes, into it Differential circuit, first switch, second key, storage element and control unit are added, the first and second keys, the first switch and the integrating amplifier are controlled, the input of the integrating amplifier is connected to the break contact of the first switch, and the output through the second connected key and memorization element - to the second output of the piezoelectric sensor, the output of the first operational amplifier through a differentiating circuit is connected to the moving contact of the transducer comm comm, ator ,. the make contact of which is connected to the common bus and the control inputs of the first and second keys, the first switch and the integrating amplifier are connected to the corresponding outputs of the control unit. 2. The amplifier according to claim 1, characterized in that the integrating amplifier is made on the second and third operational amplifiers, the second switch, the resistor and the second capacitor, while the second switch is controlled by the non-inverting inputs of the second and third operational amplifiers and the closing the contact of the second switch is connected to the common bus; the inverting input of the second op amp is the input of the integrated amplifier; the output of the third op amp is the output of the integrating device The cell with the control input of the second switch is the control input 1 of the integrating amplifier, and the output of the second operational amplifier is connected to the moving contact of the second Kowiyra, the disconnection of which through a resistor is connected to the inverter to the input of the third operational amplifier whose output through the second capacitor is connected to its inverting input.

Description

Изобретение относитс к измерительн .ой технике и может быть исполь зовано дл регистрации квазистатиче ких процессов, протекающих в пьезоэлектрических датчиках силы, ускорени и давлени . Цель изобретени - расширение частотного диапазона при измерении Квазистатических процессов. На фиг. 1 представлена структурна электрическа схема предложенного усилител зар да; на фиг. 2 принципиальна электрическа схема интегрирующего усилител , на фиг. 3 временные диаграммы, по сн ющие работу усилител . Усилитель зар да содержит пьезоэлектрический датчик 1, первьй операцио«ный усилитель 2, первый конденсатор 3, первый ключ 4, интегрирующий усилитель 5, дифференцирующую цепь 6, первый коммутатор 7, второй ключ 8, запоминающий элемент 9 и блок 10 .управлени . Интегрирующий усилитель 5 содержит -второй и третий операционные усилители 11 и 12, второй коммутатор 13, резистор 14 и второй конденсатор 15. Усилитель зар да работает в соот ветствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 3. Перед цикло измерени параметров квазистатического процесса производитс ступенчатое формирование опорного напр жени , создающего ток дл компенсации паразитного тока пьезоэлектрического датчика.1. В исходном состо нии (до момента времени t) положени первого и второго ключей 4 и 8, а также первого и второго коммутаторов 7 и 13 изображено на фиг. 1 и 2 В результате на второй вывод пьезоэлектрического датчика 1 поступает произвольное опорное напр жение (и) с выхода запоминающего элемента 9, т.е. с выхода интегрирующего усилител 5 (напр жение 1(3). Поскольку сопротивление изол ции пьезоэлектрического датчика 1 не бесконечно и он сам генерирует паразитный ток, то на инвертирующей вход первого операционного усилител 2 поступает результируквдий ток (Г) котор зар жает первый конденсатор 3, так что напр жение на выход усилител зар да (Uff) измен етс во в ремени примерно по линейному зак В момент времени блок 10 управлени вырабатывает управл ющий импульс (Uj), которьй поступает на управл ющие входы второго ключа 8, первого и второго коммутаторов 7 и 13. Указанные элементы переключаютс в рабочее положение, т.е. второй ключ 8 размыкаетс , первый коммутатор 7 соедин ет выход дифференцирующей цепи 6 с входом интегрирующего усилител 5, а второй коммутатор 13 соедин ет выход второго операционного усилител 11 с резистором 14. В результате напр жение (U(,) с выхода дифференцирующей цепи 6, пропорциональное скорости нарастани напр жени .на выходе усилител зар да, поступает на вход интегрирующего усилител 5. В течение длительности первого импульса напр жени Uj происходит линейное нарастание напр жени (Uj) на выходе интегрирующего усилител 5. При этом крутизна нарастани этого напр же ни оказываетс пропорциональной скорости изменени напр жени на выходе усилител зар да. В момент времени t блок 10 управлени прерывает управл ющий импульс (Uj). Второй ключ 8, первый и второй коммутаторы 7 и 13 переключаютс в исходное состо ние. В результате запоминающий элемент 9 фиксирует максимальное напр жение на выходе интегрирующего усилител 5 Полученное на вькоде запоминающего элемента 9 опорное напр жение (U) создает ток, который начинает компенсировать паразитный ток, генерируемый в пьезоэлектрическом датчике 1. Поэтому результирующий ток (1), зар жающий первый конденсатор 3, уменьшаетс . В результате уменьшаетс скорость нарастани напр жени на выходе усилител зар да. I В момент времени t поступает второй управл ющий импульс напр жени Uj, повтор етс описанный цикл работы, который приводит к дальнейшему уменьшению скорости изменени напр жени на выходе усилител зар да. После п импульсов напр жени и напр жение на выходе усилител зар да становитс практически пос то нным . После этого блок 10 управлени въщает импульс другого управл ющего напр жени (U ), который ковременно замыкает первый ключ 4. В результате напр жение на выходе усилител зар да становитс равным нулю.The invention relates to a measurement technique and can be used to register quasi-static processes occurring in piezoelectric force, acceleration and pressure sensors. The purpose of the invention is to expand the frequency range when measuring Quasistatic processes. FIG. Figure 1 shows the structural electrical circuit of the proposed charge amplifier; in fig. 2 is an electrical circuit diagram of an integrating amplifier; FIG. 3 timing diagrams for an amplifier job. The charge amplifier contains a piezoelectric sensor 1, the first operational amplifier 2, the first capacitor 3, the first switch 4, the integrating amplifier 5, the differentiating circuit 6, the first switch 7, the second switch 8, the memory element 9 and the control unit 10. Integrating amplifier 5 comprises second and third operational amplifiers 11 and 12, second switch 13, resistor 14 and second capacitor 15. Charging amplifier operates in accordance with the timing diagrams shown in FIG. 3. Before the measurement cycle of the parameters of the quasistatic process, a step-like formation of a reference voltage is created, which creates a current to compensate for the parasitic current of the piezoelectric sensor. In the initial state (up to the time t) the positions of the first and second keys 4 and 8, as well as the first and second switches 7 and 13 are shown in FIG. 1 and 2 As a result, an arbitrary reference voltage (s) from the output of memory element 9, i.e., is fed to the second output of the piezoelectric sensor 1. from the output of the integrating amplifier 5 (voltage 1 (3). Since the insulation resistance of the piezoelectric sensor 1 is not infinite and it generates a parasitic current, then the inverting input of the first operational amplifier 2 receives the resultant current (G) charged by the first capacitor 3, so that the voltage at the output of the charge amplifier (Uff) varies in time approximately linearly. At time, the control unit 10 generates a control pulse (Uj), which is applied to the control inputs of the second switch 8, the first and second switches. Ators 7 and 13. These elements are switched to the operating position, i.e. the second switch 8 is open, the first switch 7 connects the output of the differentiating circuit 6 to the input of the integrating amplifier 5, and the second switch 13 connects the output of the second operational amplifier 11 to the resistor 14 As a result, the voltage (U (,) from the output of the differentiating circuit 6, proportional to the rate of increase of the voltage. At the output of the charge amplifier, enters the input of the integrating amplifier 5. During the duration of the first voltage pulse Uj, a linear the voltage rise (Uj) at the output of the integrating amplifier 5. At the same time, the steepness of the voltage rise is proportional to the rate of change of the voltage at the output of the charge amplifier. At time t, the control unit 10 interrupts the control pulse (Uj). The second key 8, the first and second switches 7 and 13 are switched to the initial state. As a result, the storage element 9 fixes the maximum voltage at the output of the integrating amplifier 5. The reference voltage (U) obtained at the code of the storage element 9 creates a current that begins to compensate for the parasitic current generated in the piezoelectric sensor 1. Therefore, the resulting current (1) charging the the first capacitor 3 decreases. As a result, the rate of increase of voltage at the output of the charge amplifier is reduced. I At time t, a second control voltage pulse Uj is received, the described operation cycle repeats, which further reduces the rate of voltage change at the output of the charge amplifier. After n voltage pulses and the voltage at the output of the charge amplifier, it becomes almost constant. After this, the control unit 10 injects a pulse of another control voltage (U), which in turn closes the first switch 4. As a result, the voltage at the output of the charge amplifier becomes equal to zero.

- . 1-. one

После этого начинаютс измерени параметров полезного квазистатического процесса, протекающего в пьезоэлектрическом датчике 1.After that, measurements of the parameters of the useful quasistatic process occurring in the piezoelectric sensor 1 are started.

Полна компенсаци паразитных токов пьезоэлектрического датчика 1 напр жени ошибки первого операцион1719794Full compensation of the parasitic currents of the piezoelectric sensor 1 voltage error of the first operating 1719794

ного усрлител 2 перед началом измерений позвол ет регистрировать полезные сигналы с пьезоэлектрического датчика, лежащие в диапазоне ин5 франизких частот, т.е. позвол ет расширить частотный диапазон при измерении квазистатических процессов.Before the start of measurements, the USER 2 allows to record useful signals from a piezoelectric sensor lying in the frequency range, i.e. allows you to extend the frequency range when measuring quasi-static processes.

Фиг,1Fig, 1

ОABOUT

t, titjt tst titt ts

иand

О ОOh oh

I1I1

г/сg / s

JIJi

UKUK

оabout

Claims

1. A CHARGE AMPLIFIER comprising a piezoelectric sensor, a first operational amplifier, a first capacitor, a first key and an integrating amplifier, the non-inverting input of the first operational amplifier being connected to a common bus, the first output of the piezoelectric sensor connected to the inverting input of the first operational amplifier and through the parallel connection of the first capacitor and the first key with its output, characterized in that, in order to expand the frequency range when measuring quasistatic processes, it will complement a differentiating circuit, a first switch, a second switch, a memory element and a control unit are introduced, the first and second switches, the first switch and an integrating amplifier are controllable, the input of the integrating amplifier is connected to the NC contact of the first switch, and the output is connected through a second key in series and a storage element - to the second output of the piezoelectric sensor, the output of the first operational amplifier through a differentiating circuit is connected to the movable contact of the first switch, the closing contact of which is connected to a common bus and the control inputs of the first and second keys, the first switch and the integrating amplifier are connected to the corresponding outputs of the control unit.

2. The amplifier according to π. 1, characterized in that the integrating amplifier is made on the second and third operational amplifiers, (8 second switch, resistor and second capacitor, while the second switch is made controllable, non-inverting inputs of the second and Third operational amplifiers and the make contact of the second switch are connected to a common bus, the inverting input of the second operational amplifier is the input of the integrating amplifier, the output of the third operational amplifier is the output of the integrating amplifier, and the control input is nth switch - by the control input of the integrating amplifier, the output of the second operational amplifier is connected to the movable contact of the second switch, the disconnecting contact of which through a resistor is connected to the inverting input of the third operational amplifier, the output of which is connected through its second capacitor to its inverting input.