SZTL-DH1电荷放大器简介

SZTL-DH1电荷放大器的概述：北京声振研究所研制的SZTL-DH1电荷放大器广泛应用于航空航天、机械、动力、爆炸、冲击等，与压电加速度计或力传感器配合，其输出电压与输入的电荷量成正比。

SZTL-DH1电荷放大器的技术参数：

1.输入量：信号输入电荷量z最大为100PC

2.开关适调量：三位数

3.传感器灵敏度为1～11PC/ms2

4.输出量：输出电流0～±5mA，输出电压±10V，输出阻抗≤10Ω

A.电荷放大器最大输入电荷量为50000pC

B.电荷放大器适调方式为三位拨盘式数字指示, 适调误差为<1% C.放大器频率范围(-3dB):

加速度 0.3Hz-100kHz

速度 1Hz-10kHz

位移 1Hz-1kHz D.电荷放大器输出最大电压: ±5Vo-p E.放大器测量误差: 加速度为<1%

速度为<2%

位移为<4% F.放大器低通滤波截止频率(-3dB): 五档分别为100kHz、30kHz、10kHz、3kHz、1kHz, 衰减速率为12dB/oct G.放大器噪声电平: 在1nF传感器电容灵敏度条件下折合到输入端时小于10-2pC H.电荷放大器使用环境: 温度为0 -40℃ 湿度为0-80%RH 。

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极高。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最小时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。

磁通量计也叫做麦克斯韦计，是用来测量磁感应强度B和磁通量功的仪器。永磁铁和电磁铁磁极附近区域或地磁场中磁通密度 ( 即磁宾应强度 ) B的测量，无论从实验室的工作还是在教学的演示实验中，都占有重要的位置 。为此，出现了早期的基于探测线圈和电量测量的磁通量计，但早期的电量测量仪器的灵敏度很低，或要使用操作麻烦的示波器进行间接计算。

通量计法则1

为了说明电路的工作原理，必须理解集成运放IC的两条设计法则。

集成运放工作于放大器时，可以将两个输入端之间的电压看作零，即两个输入端的电势相等。这是因为集成运放的开环电压放大倍数十分大，输出电压与输入电压之比高达10⁵一10⁵( 如F3140的开环电压增益为106dB )，输入端只要有几百微伏的差动电压，就足以使输出端产生最大输出电压( 如F3140的最大输 出电压为士12V ) 。因此，可以把两个输入端之间的电压看作为零，即把两个输入端的电势看作是相等的。

通量计法则2

集成运放工作于放大器时，可以认为输入端不汲取电流。这是因为集成运放只汲取极微小的输入电流 ( 如 F 3140的微小输入电流仅为10PA左右 ) 。

测量开始前，将探测线圈S放在待测磁场中，使磁力线垂直于线圈平面 。分别按一下按钮开关K₁ 和K₂，使电容器C₁和C₂全部放电。

当把探测线圈S从磁场中取出时 ( 快速取出或慢速取出都行 )，由于穿过线圈的磁通量的变化，线圈中产生感生电动势ε，导致回路中电荷的流动，对电容器C₁和C₂充电 。

根据集成运放的设计法则2，略去运放的输入电流，可得电容器C₁和C₂的充电电压U₁和U₂ 为：U₁=U₂=ε ；式中ε为感生电动势 。

通量计待测磁通密度的大小

例如取n=1000，A=9.62cm²，R=10kΩ和C=100μF，得灵敏度1.9V/T ，每特斯拉的磁通密度给出1.9伏的示值。

设计常数k可以根据待测磁通密度的大小。在巳确定探测线圈的n 和A两个参数之后，可以采用不同的RC值制成多量程磁通量计。

在常规的磁通量计中，探测线圈必须以冲击的形式快速地从磁场中移出。在仪器中，探测线圈快速或缓速移出都无妨。这是因为电容器上充电电量与探测线圈的移动速度无关，而电量的测量又无需采用冲击电流计测量。

通量计仪器的输出电压U0必须充分注意

关于仪器的输出电压U₀，有两点必须给以充分注意 。

第一点是U₀的稳定性取决于集成运放的输入偏置电流的大小，必须采用输入偏置电流很小的集成运放，即高输入阻抗集成运放 。这类运放有单电源馈电型，如F3140，使用方便且电路简单。

第二点是U₀有零点漂移，这是由集成运放的输入失调电压和失调电压温漂引起的 。读数前，应调节运放补偿端的调零电位器使伏特计指零端后再测量读数。采用运放F3140的调零电位器R_w的接线法 。