一種電容式加速度傳感器設計的研究

d.低通有源濾波器

低通有源濾波器如圖9所示。它是由無源RC濾波器和有源RC濾波器組成。無源RC濾波器的頻率特性為：

式中：ω1=1/R21C7或f1=1/2πR21C7

有源RC濾波器的頻率特性為：

式中：ω2=1/R24C8或f2=1/2πR24C8

則低通有源濾波器的頻率特性為：

故其幅頻特性為：

一般規定增益下降到KF/2時的頻率為截止頻率，通過上式求得為f≤11.5Hz ，則帶寬為0～11.5Hz 。這樣把它檢波后的脈動直流信號中高次諧波濾掉，采用有源低通濾波器的優點是較小的電容得到良好的濾波效果。濾波器輸出后的電壓信號經過AD574模數轉換片與單片機8031連接，這樣就可以完成對被測對象的檢測和控制。

圖9　低通有源濾波電路

實驗與數據分析

實驗設備：ZD-1型振動臺一臺，其頻響10～20kHz。9102型測振傳感器一個，其性能指標：靈敏度為10pC/ms2，頻響為0.2～6000Hz ，線性度為±1%。BZ2112型振動測量儀， 其性能指標： 頻響為0.5Hz～100kHz ，量程為0.1～1000ms -2(0.01～100g)。被測試設備一臺。實驗時，振動臺工作在300Hz ，通過調節振動臺振動幅值，使振動測量儀工作量程0～100ms -2范圍，分別讀取被測設備輸出電壓數值，對它進行特性分析。測試數據如表1所示：

表1　測試設備的濾波器輸出電壓值

從測試數據求出最大誤差為0.08，測量范圍為0～10g ，所以線性度R=0.08/10=0.8% ，滿足設計要求。

結　論

本文設計的電容式加速度傳感器，具有電路結構簡單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線性度小于1%，靈敏度高，輸出穩定，溫度漂移小，測量誤差小，穩態響應，輸出阻抗低，輸出電量與振動加速度的關系式簡單方便易于計算等優點，具有較高的實際應用價值。