一种电容式加速度传感器设计的研究

d.低通有源滤波器

低通有源滤波器如图9所示。它是由无源RC滤波器和有源RC滤波器组成。无源RC滤波器的频率特性为：

式中：ω1=1/R21C7或f1=1/2πR21C7

有源RC滤波器的频率特性为：

式中：ω2=1/R24C8或f2=1/2πR24C8

则低通有源滤波器的频率特性为：

故其幅频特性为：

一般规定增益下降到KF/2时的频率为截止频率，通过上式求得为f≤11.5Hz ，则带宽为0～11.5Hz 。这样把它检波后的脉动直流信号中高次谐波滤掉，采用有源低通滤波器的优点是较小的电容得到良好的滤波效果。滤波器输出后的电压信号经过AD574模数转换片与单片机8031连接，这样就可以完成对被测对象的检测和控制。

图9　低通有源滤波电路

实验与数据分析

实验设备：ZD-1型振动台一台，其频响10～20kHz。9102型测振传感器一个，其性能指标：灵敏度为10pC/ms2，频响为0.2～6000Hz ，线性度为±1%。BZ2112型振动测量仪， 其性能指标： 频响为0.5Hz～100kHz ，量程为0.1～1000ms -2(0.01～100g)。被测试设备一台。实验时，振动台工作在300Hz ，通过调节振动台振动幅值，使振动测量仪工作量程0～100ms -2范围，分别读取被测设备输出电压数值，对它进行特性分析。测试数据如表1所示：

表1　测试设备的滤波器输出电压值

从测试数据求出最大误差为0.08，测量范围为0～10g ，所以线性度R=0.08/10=0.8% ，满足设计要求。

结　论

本文设计的电容式加速度传感器，具有电路结构简单，频率范围宽约为0～450Hz，线性度小于1%，灵敏度高，输出稳定，温度漂移小，测量误差小，稳态响应，输出阻抗低，输出电量与振动加速度的关系式简单方便易于计算等优点，具有较高的实际应用价值。