10184000-01压电薄膜传感器的信号调理电路

大家好，我是【广州工控传感★科技】10184000-01压电薄膜传感器事业部，张工。

10184000-01压电薄膜传感器的输出信号能量不仅非常微弱，而且内阻非常高，而且输出能量很小，因此其测量电路通常需要连接一个高输入阻抗的前置放大器。 它的作用是：一种是将其高输出阻抗转换为低输出阻抗； 另一种是放大传感器输出的微弱信号。 考虑到10184000-01压传感器产生的电荷信号变化比较微弱，电荷信号容易受到干扰，以及各种噪声的影响，为克服上述传统信号调理电路的不足， 设计了一个集成的4运算放大器。 LM324是芯原的PVDF信号调理电路。 该电路由电荷放大电路和滤波放大电路两部分组成。 实验表明，所设计的电路稳定可靠，噪声低，抗干扰能力强。

因为10184000-01压电传感器的压电晶体电容小，即产生的电荷量小，而晶片的漏电阻高，即内阻大，达到TΩ级别。 在这样的前提下，其测量电路通常需要连接一个高输入阻抗的电荷放大电路。 它的作用：一种是将高输出阻抗转换为低输出阻抗； 另一种是放大传感器的微弱信号输出。 因此，电荷放大电路的输入阻抗R1选择为100MΩ。

该滤波器为二阶有源低通滤波器，用于补偿10184000-01传感器引起的高频幅频特性，衰减频段内无用的高频分量。 滤波后的信号经外部放大电路放大输出。

无线收发器

本设计选用nRF24L01作为无线收发器，因为是工作在2.4-2.5GHz频段的单片射频收发芯片，内置PCB天线，体积小，高效GFSK调制， 抗干扰能力强，特别适用于工业控制、无线音视频传输等领域。

无线收发模块有贴片式和直插式两种。 为了减小体积和功耗，在振动信号采集模块上选择了贴片式无线发射器，但对主控单元上的接收模块没有这样的要求，所以选择了直插式无线接收器。

软件设计

信号采集与数据传输程序设计

振动信号无线测量系统的数据采集与无线传输模块负责将PVDF传感器采集到的振动信号（经调理电路预处理）传输至主控单元。 程序流程如图5所示，主控单元对数据进行相应的接收、存储和显示，其程序流程如图所示。

数据接收程序设计

主控单元通过无线模块接收来自振动信号测量模块的数据，其软件流程如图6所示。初始化nRF2401并将其设置为接收模式，将采集到的数据发送到Cortex-M3的GPIO口 单片机，连接示波器显示信号波形，检查数据是否接收成功。

测量结果

主控节点通过无线收发模块接收来自振动信号测量模块的数据并存储在SD卡中。 为了观察振动信号主控单元将接收到的数据通过控制器端口输出，经电平转换后由示波器显示输出。本实验根据振动强度分为两种情况：轻微振动和较大振动情况下的波形变化，收集振动。

从图（a）和（b）可以看出，在不同的振动强度下，10184000-01压电薄膜传感器对应的输出电压是不一样的，振动强度越大，对应的输出电压越高 压电薄膜传感器。 大。 同时，实验研究表明，压电薄膜传感器的输出电压与振动强度具有良好的线性关系，因此可以根据传感器的信号来判断振动强度。