CN102739192A - 一种模拟压电传感器的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟压电传感器的电路，包括谐振网络和与其连接的电阻电容网络，其中，谐振网络，接入激励信号，用于模拟压电传感器的振荡特性；电阻电容网络，用于模拟传感器的电容特性。本发明的模拟压电传感器的电路可以替代压电传感器，大大延长了有效使用时间，而无需更换。

Description

一种模拟压电传感器的电路

技术领域

本发明涉及模拟传感器，尤其涉及一种模拟压电传感器的电路。

背景技术

压电传感器采用某些物质，例如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷，进而有电压产生；当外力去掉时，又重新回到原来的状态。这就是压电传感器的压电效应。

而与压电效应相反，如果将具有压电效应的物质至于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种由于外电场作用导致物体机械变形为逆压电效应。

简化的压电传感器如图1A所示，有两个柔性的第一金属板1和第二金属板2，两个金属板之间为压低材料3，给压电传感器施加电压。右边的第二金属板2同时紧靠耗材腔，用来接受耗材产生的压力。耗材腔4中可以是气体或液体性质的耗材，可以把自身的压力传给压力传感器。当给压力传感器施加电压时，逆压电效应使压力传感器发生形变如图1B所示，第一金属板1和第二金属板2向腔内挤压。受挤压的第一金属板1受到腔内压力作用又向外扩张如图1C所示。

如果我们给压电传感器施加电压一段时间后去掉电压，压电传感器的类似电容的两极会存储电荷保持电压。刚开始因为逆压电效应传感器会发生形变，又因为压电效应导致压电传感器极化电压出现；极化电压改变原有电压致使形变反向，反向的形变产生另一个方向的极化电压，这样循环下去，直到能量消耗完。这个过程中压电传感器来回振荡，电压也会出现振荡。

给压电传感器施加激励电压如图2所示，先给压电传感器施加一个电压，经过时间T后，去掉激励电压，由于压电效应和逆压电效应作用可以看到B端的电压出现振荡，振荡的频率由传感器的物理特性决定。B端的上升情况则由传感器的电容特性决定。由于传感器特殊的物理结构，其充放电特性并不简单等同于一个电容。

这种压电传感器通常应用在一些仪器的耗材上，仪器的制造商在耗材上装配自己的传感器，相应的仪器要检测传感器的电学特性，通过检测的才可以使用。这样用户必须频繁更新耗材，而且无法回收利用，提高了用户的使用成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中仪器的耗材上安装的压电传感器容易无效，需要频繁更换耗材的缺陷，提供一种有效使用时间长，无需更换的模拟压电传感器的电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟压电传感器的电路，

包括谐振网络和与其连接的电阻电容网络，其中，

所述谐振网络，接入激励信号，用于模拟压电传感器的振荡特性；

所述电阻电容网络，用于模拟传感器的电容特性。

本发明所述的模拟压电传感器的电路中，所述谐振网络包括：

电压监测电路，接入激励信号，用于监控激励信号的变化，当激励信号符合谐振出现的条件时，输出启动信号，用于启动振荡器工作；

振荡器，用于输出谐振信号；

反馈电路，用于把所述振荡器输出的谐振信号耦合到激励信号上。

本发明所述的模拟压电传感器的电路中，所述谐振网络包括电阻、电容和场效应管，不包括电感。

本发明产生的有益效果是：本发明用谐振网络模拟压电传感器的振荡特性；用电阻电容网络模拟传感器的电容特性，所构成的模拟压电传感器的电路可替代压电传感器，大大延长了有效使用时间，而无需更换，节约了成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A是本发明实施例简化的压电传感器的结构示意图；

图1B是本发明实施例简化的压电传感器产生逆压电效应使压力传感器发生形变的示意图；

图1C本发明实施例简化的压电传感器中金属板受到腔内压力作用又向外扩张的示意图；

图2是本发明实施例模拟压电传感器的电路的结构示意图；

图3是本发明实施例模拟压电传感器的电路中谐振网络的结构示意图；

图4是本发明实施例模拟压电传感器的电路中谐振网络的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明实施例的模拟压电传感器的电路可替代压电传感器，大大延长了有效使用时间，而无需更换，解决了耗材的垄断以及回收利用，节约了成本。

本发明实施例的模拟压电传感器的电路包括谐振网络10和与其连接的电阻电容网络20，其中，

谐振网络10，在图2所示的谐振网络10的A端接入激励信号，本发明的一个实施例中，该激励信号为电压信号（交流电），谐振网络10用于模拟压电传感器的振荡特性；

电阻电容网络，用于模拟传感器的电容特性。

如图2所示的B端用于输出模拟压电传感器的输出信号。

本发明的一个实施例中，如图3所示，谐振网络10具体包括：

电压监测电路11，接入激励信号，用于监控激励信号的变化，当激励信号符合谐振出现的条件时，输出启动信号，用于启动振荡器工作；

振荡器12，用于输出谐振信号；

反馈电路13，用于把振荡器输出的谐振信号耦合到激励信号上。

谐振网络10中的电压监测电路11、振荡器12和反馈电路13采用常见的集成电路模块，由于电感体积较大不容易集成，故本发明实施例中谐振网络10不包括电感，只包括电阻、电容和场效应管，这些在集成电路中很容易实现。

如图4是本发明实施例谐振网络10的具体实现电路，通过电流源i输出激励信号，给电容C充电，且作为比较器“+”输入端的输入信号，与比较器的“-”输入端的基准电压Vref进行比较，例如在输入信号小于基准电压时，输出低电平，在激励信号的电压大于基准电压Vref时，比较器的输出信号输出高电平，使开关S闭合，电容放电，放电完成后，电流源i继续给电容充电，然后放电，不断循环往复，形成振荡。比较器的输出端输出的高低电平经过分频进行分频，分频器输出的频率f＝i/(2C＊Vref)。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种模拟压电传感器的电路，其特征在于，包括谐振网络和与其连接的电阻电容网络，其中，

所述谐振网络，接入激励信号，用于模拟压电传感器的振荡特性；

所述电阻电容网络，用于模拟传感器的电容特性。

2.根据权利要求1所述的模拟压电传感器的电路，其特征在于，所述谐振网络包括：

电压监测电路，接入激励信号，用于监控激励信号的变化，当激励信号符合谐振出现的条件时，输出启动信号，用于启动振荡器工作；

振荡器，用于输出谐振信号；

反馈电路，用于把所述振荡器输出的谐振信号耦合到激励信号上。

3.根据权利要求2所述的模拟压电传感器的电路，其特征在于，所述谐振网络包括电阻、电容和场效应管，不包括电感。

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