微振动检测电路设计探讨

微振动检测电路设计探讨 振动在自然界中普遍存在，常用的测量振动的传感器有压电式、压阻式、光电式和磁致伸缩式等。压电式测量范围广、体积小、频率宽、重量轻，是最常用的检测器件。目前测量物体微振动的方法有机械法、电测法和光测法。机械法抗干扰能力强、精度低，电测法精度高、应用范围最广，这两种方法为接触式测量，容易损坏被测物体。光测法为非接触测量，精度高，但结构复杂。本文设计了一种简单、小型、非接触式微振动测量电路。 1 微振动检测电路设计分析 微振动检测电路采纳数字逻辑门电路 CD4069 设计放大与检波电路，利用数字逻辑门电路的状态反转的传输特性，构成放大、峰值检出电路。 2 电路所用元件介绍 2.1 压电片 压电片由具有压电效应的材料制作而成，压电效应分为正压电效应和逆压电效应，本设计使用其正压电效应检测微振动。设计中图 1 微振动感应器实物图图 2CD4069 输入输出波形图 3 电路原理分析 电路将前端的幅值不等的振荡信号消除其静态重量后对动态成分充分放大，检出振荡信号的，达到将连续振动信号处理为状态信号的目的。高低电平反映物体静止、振动，输出的信号可以供给后续微机处理，微振动检测原理图如图 3 所示。 3.1 小信号提取与放大 没有输入信号时，U1A 工作在输出特性曲线的中间点，在VDD=5V 的条件下，输出为直流 2.5V，测量结果如图 4 所示。压电片受到振动以后，U1A 输出为直流 2.5V 左右的振荡信号，如采纳直径15mm 的压电片，并在压电片的任意边缘处焊接一弹簧，弹簧上焊接一小球，该设计可以提高对振动的感应精度，如图 1 所示，其输出为幅值不等的振荡信号。 2.2 反相器 CD4069 CD4069 是 6 反相器电路芯片，内部由六个反相器电路组成，单电源供电，电源范围 318V，适用范围较宽，其输入输出波形如图 2所示，在本设计中，主要应用其线性区的放大作用。图 6(a)下方波形所示；Q1 为小功率 PNP 型三极管 9015，用来去掉 2.5V 直流重量(R6 改为电位器可调整灵敏度，增加电源宽度)，如图 5(a)上方波形所示，直流成分和负半周基本去除。信号通过 U1B 反相放大倍，再经 U1C 反相输出，如图 5(b)下方波形所示。 3.2 检波及整形电路 D1、R7、C2 构成检波电路，输出幅值不等的振荡信号，如图6(a)上方波形，U1D 将检波电路输出的幅值不等的振荡信号变成标准高低电平，如图 6(b)上方波形。 3.3 附加处理 U1E、U1F 为 CMOS 芯片 CD4069...