静电悬浮加速度计检测线路设计及实验研究

本文首先介绍静电悬浮加速度计在国内外的发展现状以及在空间技术中的应用，然后介绍静电悬浮加速度计的基本工作原理。针对测量微弱差动电容△C的检测线路进行设计，建立了用于调制△C的变压器电流电桥的等效电路模型，导出了用于调制信号放大的宽带放大电路的放大倍数KAC，分析了采用2路TTL同步方波信号控制4路单刀单掷模拟开关的解调电路工作过程，估算了滤波电路的截止频率f-3dB，使得解调信号在工作频带fs内基本保持0dB增益，在高于载波频率f0上获得较大的衰减。实验结果表明，该检测线路实际灵敏度为0．601mV／fF，考虑线路固有噪声和寄生电容的影响，最小分辨率达到1．06fF。     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

使用测量仪器时会遇到的一些问题(续)

<正> 8.寄生电容 在任何两个导体之间都存在着寄生电容。不希望有的电压变化通过寄生电容从一个噪声源耦合到敏感电路里。噪声电压可能是交流电压,也可能是一个发生变化的直流电压。8.1 来自外来源的噪声 在图14中,施加给荧光灯的交流电压作为噪声信号通过寄生电容C_p 耦合到未经屏蔽的,正在被测量的电阻Rtest=10MΩ上。     

站台门与信号系统接口故障在线监测系统设计

针对站台门系统与信号系统接口存在的故障问题,该文提出一种对双方接口命令信号实施在线监测的方案。通过采集双方接口命令信号,采集信号经过电路调理、隔离、放大、微控制器处理后传输到人机显示界面,最终以曲线图的形式将接口信号电压实时显示。该系统设计中采用信号隔离技术,降低监测系统对双方接口设备的影响。该监测系统在站台门系统工程样机上进行了测试,结果表明该系统能够准确、可靠、实时对接口信号电压正负值进行有效地监测,从而达到对接口信号的跟踪溯源,具有一定的推广应用价值。     

原油含水率检测电路的设计

在介绍CAV424测量原理和变介电常数型电容传感器工作原理的基础上,设计了一种基于CAV424的电容传感器原油含水率检测电路.测量时,CAV424将电容变化量转换成差动电压信号,送给差动放大器INA101放大后形成与含水率对应的输出电压.通过试验表明:检测电路测量原油含水率与蒸馏水法测量值的差值在5%以内,较好地克服了电容法测量时调理电路易受寄生电容和环境变化影响的问题,具有测量准确度高,测量速度快,显示直观,安装使用简单,价格低廉,操作方便的特点.     

一种频率精密可调的多波形信号发生器

针对目前信号发生器频率调整困难的缺点，提出了一种利用系数乘法器实现频率精密可调的新方法，并结合单片机、E2PROM以及D／A电路，研制了一个信号频率在1-9999．9Hz范围内，按0．1Hz分辨率变化的多波形信号发生器。     

电容式加速度计读出电路芯片设计

针对实验室的差分电容变化量为fF量级、频带宽度为0~20kHz的电容式加速度计,设计了一种可以有效减少噪声、失调电压和寄生电容影响的读出电路。该电路由开关电容积分电路、低噪声运放和单位增益采样保持电路组成。在0.5μm 2P3MCMOS工艺下完成该电路设计,通过仿真结果表明,该电路的输出电压与差分电容变化量成很好的线性关系,可以检测差分电容变化量达到fF量级。     

原子力显微镜探针振动信号检测电路设计

针对基于模拟电路的原子力显微镜探针振动检测系统噪声高,抗干扰能力差,以及基于数字集成电路的检测系统对不同控制系统兼容性差,成本高的缺点,且探针位移小,频率高的特点以及光电信号检测的准确度和精确度都对成像质量有直接影响,文中设计一种高增益、宽频带的基于运算放大器的探针信号运算处理电路,实现对原子力显微镜四象限微弱光电信号的检测、放大、逻辑运算以及滤波功能。实验表明:电路可以对四象限微弱电流信号进行I-V转换,放大增益可以达到40 d B以上,同时逻辑运算电路可检测共振频率为70 k Hz～2 MHz的探针振动信号,涵盖了原子力显微镜的探针振动工作范围。该电路很好地抑制寄生电容的影响,检测系统整体热噪声低于■。     

寄生电容对电容式加速度传感器输出电压的影响

电容检测是保证电容式加速度传感器正常工作的重要条件之一。传感器中敏感结构间的寄生电容会对电容检测产生影响。文中建立了传感器敏感结构的等效模型,分析了寄生电容对输出电压产生的影响。文中首先分析了电容式加速度传感器中检测电路的工作原理。其次,根据敏感结构的组成分析待测电容以及寄生电容的分布情况,以及寄生电容对电容检测结果的影响。最后,通过实验验证理论分析的结果。     

电容检测型微机械陀螺的信号检测电路

微弱输出信号的检测技术是微机械陀螺研制中的关键技术之一.提出了一种适用于电容检测型微机械陀螺的信号检测电路并分析了其对噪声的抑制能力.此电路用积分电路检测微小电容变化量,并进一步采用开关相敏解调电路对信号全波检测,能检测到aF量级的电容变化,可以实现陀螺0.05(°)/s的分辨率.     

SLA7026M控制信号回路失效分析

通过SLA7026M的分布电容建模,经实验测试和理论分析,计算了分布电容的特征值,分析了对接口电路产生的影响。是接口失效的主要原因,提出了处理意见。     

Analysis of damping resistor’s effects on pulse response of self-integrating Rogowski coil with magnetic core

A self-integrating Rogowski coil with magnetic core is investigated for accurate measurement of high-impulse current in this paper. Usually, the distributed parameters of Rogowski coil generate deleterious high-frequency resonant signal parasitizing in the useful signal of the coil circuit. Damping resistors can be used to eliminate the parasitic resonant component of the signal. In this paper, damping effects of the damping resistors on the output signal of Rogowski coil are studied in detail. According to circuit theory, approximate circuit equations of Rogowski coil with lumped parameters in simplification are put forward. Response signal of coil is analyzed and a reasonable method for choosing damping resistance is also presented. When the 50 Ω damping resistance is used, the amplitude of parasitic resonant signal has been damped by 5.7 times in contrast to the situation without any damping resistance. Result of Pspice circuit simulation corresponds to the theoretical calculation result. A standard 10 ns square pulse has been used to calibrate the coil signal before and after the damping resistors soldering on the coil, respectively. Experimental results show that the response time of the coil with magnetic core is 1.1 ns and the parasitic resonance in the coil signal is almost eliminated. The coil can accurately detect high-pulse current at kA range.     

基于USB和DSP的高速凸轮机构信号采集系统

针对高速凸轮机构原有信号采集系统的缺陷,设计了基于USB2.0和DSP的高速信号采集系统,该系统的硬件电路包括模拟信号调理电路、光电码盘计数电路、信号处理电路和USB接口电路.信号处理模块选用32位浮点型DSPTMS320F28335作为核心器件对信号进行处理,通过使用SPI总线将处理后的数据传输到USB2.0接口模块.USB2.0接口模块的主要器件是FPGA和CY7C68013,FPGA将接收的数据转换为可被USB接口芯片CY7C68013传输的格式,传输到PC机进行显示、存储等.信号采集系统的软件部分包括上位机应用程序、USB通信程序和数字信号处理器程序,通过硬件电路和软件的有机结合实现凸轮机构高速信号的采集.     

PC串口直接控制模数转换器的研究

论述串行口在VB6.0中输入/输出信号的方法、A/D转换器MAX176的工作原理、MAX176与PC串行口的接口电路和程序设计方法。PC串行口直接控制模数转换器,可使接口电路和控制程序简单、可靠、成本低,具有一定的推广价值。     

基于USB总线的虚拟示波器

基于USB接口的虚拟示波器硬件电路设计了信号调理电路、A／D转换电路、数据缓存电路和USB通讯接口电路,采集结果通过USB通讯接口传给PC机,能够实现硬件和软件资源的共享,快速、方便地组建各种自动测试系统,对信号进行采样、数字滤波、频谱分析和波形显示,还能够对采集的波形数据进行存储、回放和共享。     

Investigation of the physical mechanisms in rolling bearings during the passage of electric current

With the increasing use of frequency converters as control units for electric motors, bearing failures caused by the passage of electric current through the bearings are more common. This paper discusses the most relevant parasitic current loops in frequency converter‐driven motors that can lead to damage of bearing raceways or deterioration of lubricants. Electrical stray capacitances, which are inevitably present in any electric motor, in combination with the high‐frequency components of the drive voltages, have been identified as the source of electric discharge machining (EDM) currents. Based on an EDM equivalent electric circuit, the passage of electric current through the rolling contact of a bearing is simulated. A set‐up is introduced to initiate EDM processes in bearings under well‐controlled electrical and mechanical conditions. The effect of EDM currents on bearing elements in the presence of different lubricants is studied. Initial results are presented.     

随动式测量机器人测试系统的研制

在介绍随动式测量机器人测试系统工作原理、应用领域和总体构成的基础上，阐述机器人本体结构的设计并分析其测试空间，介绍多通道光电码盘数据采集与接口电路的研制，说明基于FPGA的多通道码盘信号处理模块和应用PCI9052实现PCI接口的设计过程。根据机器人运动学应用传统的Denavit—Hartenberg参数表示法建立了机器人的教学模型。     

具有自检测功能的闭环加速度计接口电路设计

为了改善微机电系统(MEMS)电容式加速度计的噪声特性,提出了一种基于开关电容的低噪声闭环接口电路。该电路采用电荷积分器作为前级预放大装置,对寄生电容不敏感,而且具有非常低的噪声。采用相关双采样(CDS)技术消除了1/f 噪声和运算放大器失调电压的影响。同时,为了改善系统的动态响应特性,反馈部分采用积分电路,提高了系统阻尼比和响应速度。利用电荷泻放通道实现了自检测功能。采用0.5 μm CMOS工艺完成了版图设计,仿真结果表明,系统灵敏度为0.115 V/g,非线性度＜0.12%,可检测的最小加速度为20 μg,自检测输出与自检测电压成正比。     

闭环加速度计CMOS接口电路

采用高压18 V CMOS集成电路工艺,设计了一种开关电容闭环加速度计接口电路芯片。芯片电路中包括开关电容型电荷敏感放大器,PID控制电路以及相关双采样电路。采用相关双采样技术并用大面积PMOS晶体管作前级放大器输入级来消除放大器的1/f噪声、失调电压及KT/C噪声;用高环路增益及静电力平衡技术消除后级电路的1/f噪声、电荷注入和时钟馈通。在相同电极的条件下,利用电荷检测与静电力反馈时域分离法,有效地消除了驱动馈通的影响。设计的芯片采用18 V电源电压供电,闭环加速度计刻度因子为420 mV/g,噪声密度为10 μg/ Hz ,芯片面积为15.2 mm²。     

基于有载品质因数的低抖动时钟电路研究

抖动作为衡量时钟信号质量的重要指标,对电子系统的性能具有重要意义。数据采集系统要获得良好的信噪比,就必须要有高性能低抖动的时钟信号。本文应用相位噪声与抖动的关系,同时结合相位噪声Leeson模型,研究了时钟信号发生电路的抖动及相位噪声特性,分析了电路有载品质因数QL对抖动的影响,并给出了电路主要器件与抖动关系的显性表达式。以一种100 MHz低抖动时钟信号发生电路为例,进行了理论分析、仿真和实验验证,并将其应用到2.5 GHz采样时钟信号发生电路中进行了对比测试。结果表明,提高电路的有载品质因素QL可以明显改善其抖动及相位噪声特性。