10184000-01壓電薄膜傳感器的信號調(diào)理電路

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】10184000-01壓電薄膜傳感器事業(yè)部，張工。

10184000-01壓電薄膜傳感器的輸出信號能量不僅非常微弱，而且內(nèi)阻非常高，而且輸出能量很小，因此其測量電路通常需要連接一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器。 它的作用是：一種是將其高輸出阻抗轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗； 另一種是放大傳感器輸出的微弱信號。 考慮到10184000-01壓傳感器產(chǎn)生的電荷信號變化比較微弱，電荷信號容易受到干擾，以及各種噪聲的影響，為克服上述傳統(tǒng)信號調(diào)理電路的不足， 設(shè)計(jì)了一個(gè)集成的4運(yùn)算放大器。 LM324是芯原的PVDF信號調(diào)理電路。 該電路由電荷放大電路和濾波放大電路兩部分組成。 實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的電路穩(wěn)定可靠，噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)。

因?yàn)?0184000-01壓電傳感器的壓電晶體電容小，即產(chǎn)生的電荷量小，而晶片的漏電阻高，即內(nèi)阻大，達(dá)到TΩ級別。 在這樣的前提下，其測量電路通常需要連接一個(gè)高輸入阻抗的電荷放大電路。 它的作用：一種是將高輸出阻抗轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗； 另一種是放大傳感器的微弱信號輸出。 因此，電荷放大電路的輸入阻抗R1選擇為100MΩ。

該濾波器為二階有源低通濾波器，用于補(bǔ)償10184000-01傳感器引起的高頻幅頻特性，衰減頻段內(nèi)無用的高頻分量。 濾波后的信號經(jīng)外部放大電路放大輸出。

無線收發(fā)器

本設(shè)計(jì)選用nRF24L01作為無線收發(fā)器，因?yàn)槭枪ぷ髟?.4-2.5GHz頻段的單片射頻收發(fā)芯片，內(nèi)置PCB天線，體積小，高效GFSK調(diào)制， 抗干擾能力強(qiáng)，特別適用于工業(yè)控制、無線音視頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

無線收發(fā)模塊有貼片式和直插式兩種。 為了減小體積和功耗，在振動信號采集模塊上選擇了貼片式無線發(fā)射器，但對主控單元上的接收模塊沒有這樣的要求，所以選擇了直插式無線接收器。

軟件設(shè)計(jì)

信號采集與數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)

振動信號無線測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與無線傳輸模塊負(fù)責(zé)將PVDF傳感器采集到的振動信號（經(jīng)調(diào)理電路預(yù)處理）傳輸至主控單元。 程序流程如圖5所示，主控單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的接收、存儲和顯示，其程序流程如圖所示。

數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)

主控單元通過無線模塊接收來自振動信號測量模塊的數(shù)據(jù)，其軟件流程如圖6所示。初始化nRF2401并將其設(shè)置為接收模式，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到Cortex-M3的GPIO口 單片機(jī)，連接示波器顯示信號波形，檢查數(shù)據(jù)是否接收成功。

測量結(jié)果

主控節(jié)點(diǎn)通過無線收發(fā)模塊接收來自振動信號測量模塊的數(shù)據(jù)并存儲在SD卡中。 為了觀察振動信號主控單元將接收到的數(shù)據(jù)通過控制器端口輸出，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后由示波器顯示輸出。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)振動強(qiáng)度分為兩種情況：輕微振動和較大振動情況下的波形變化，收集振動。

從圖（a）和（b）可以看出，在不同的振動強(qiáng)度下，10184000-01壓電薄膜傳感器對應(yīng)的輸出電壓是不一樣的，振動強(qiáng)度越大，對應(yīng)的輸出電壓越高 壓電薄膜傳感器。 大。 同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究表明，壓電薄膜傳感器的輸出電壓與振動強(qiáng)度具有良好的線性關(guān)系，因此可以根據(jù)傳感器的信號來判斷振動強(qiáng)度。