电荷放大器及将电荷信号转换为电压信号的方法技术

本申请公开了一种电荷放大器及将电荷信号转换为电压信号的方法。该电荷放大器包括：电荷放大电路，接收输入的电荷信号，并将其转换为电压信号输出；反馈电阻；电子开关，与反馈电阻串联，所组成的串联支路并联于电荷放大电路的输入端和输出端Out之间；输出电压检测电路，耦接于电荷放大电路的输出端Out，用于检测电荷放大电路输出的电压信号的平均电压，并根据平均电压输出控制信号；以及开关控制电路，耦接于输出电压检测电路，用于接收控制信号，并根据控制信号控制电子开关的导通与断开。该电荷放大器能够有效解决因瞬变温度而产生的电荷放大器的削波失真问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路技术，具体而言，涉及一种电荷放大器及将电荷信号转换为电压信号的方法。
技术介绍
在航空发动机或其他内燃动力机械中，都需要测量振动。目前在高温环境下，用于测量振动的传感器多采用具有优越特性的压电效应型传感器。该类传感器的输出通常为电荷信号，因此一般优选方案还需要配用电荷放大器将电荷信号转换为电压信号。以压电振动传感器为例，所配用的电荷放大器将电荷信号转换为电压信号后，可方便地对输出的电压信号进行放大、滤波、微积分运算等处理，还可将电压信号进一步输送到数字高速采集系统中。其优点是频率响应范围宽、使用寿命长、且可用于较恶劣的环境中。但现有的电荷放大器配用压电效应型传感器时，当传感器温度急剧变化时，往往会受到瞬变温度响应的影响，导致电荷放大器削波甚至产生饱和失真，严重影响测试数据的准确性。以压电振动传感器为例，其瞬变温度系数可以达到10g/℃左右。在发动机起动过程或加减速过程中，传感器安装位置的温度急剧变化，高达几十℃，甚至几百℃，必然会产生相当于几百到几千个g的振动输出电荷量，其远大于电荷放大器设定的测量范围，从而引起电荷放大器的削波失真甚至达到深度饱和。
技术实现思路
本专利技术提供一种电荷放大器及将电荷信号转换为电压信号的方法，能够有效解决因瞬变温度而产生的电荷放大器的削波失真问题。本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的一方面，提供了一种电荷放大器，包括：电荷放大电路，所述电荷放大电路的输入端接收输入的电荷信号，所述电荷放大电路的输出端Out输出经由所述电荷信号转换而成的电压信号；反馈电阻；电子开关，与所述反馈电阻串联，所组成的串联支路并联于所述电荷放大电路的输入端和输出端Out之间；输出电压检测电路，耦接于所述电荷放大电路的输出端Out，用于检测所述电荷放大电路输出的所述电压信号的平均电压，并根据所述平均电压输出控制信号；以及开关控制电路，耦接于所述输出电压检测电路，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述电子开关的导通与断开。根据本专利技术的一实施方式，所述输出电压检测电路包括：平均电压检测电路，与所述电荷放大电路的输出端耦接，用于检测并输出所述平均电压；反向放大电路，与所述平均电压检测电路耦接，用于提供所述平均电压的反向电压；第一迟滞反向比较电路，与所述平均电压检测电路及所述开关控制电路耦接，用于判断所述平均电压负偏离的大小；当所述平均电压小于负的第一阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开关控制电路控制所述电子开关的导通；当所述平均电压小于0且大于负的第二阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开关控制电路控制所述电子开关的断开；以及第二迟滞反向比较电路，与所述反向放大电路及所述开关控制电路耦接，用于判断所述平均电压正偏离的大小；当所述平均电压大于正的所述第一阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开关控制电路控制所述电子开关的导通；当所述平均电压大于0且小于负的所述第二阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开关控制电路控制所述电子开关的断开。根据本专利技术的一实施方式，所述平均电压检测电路包括：第五电阻、第三电容及第四运算放大器；其中所述第五电阻的第一端与所述电荷放大电路的输出端耦接，其第二端与所述第四运算放大器的正输入端耦接；所述第三电容的第一端耦接于所述第四运算放大器的正输入端，其第二端接地；所述第四运算放大器的负输入端耦接于所述反向放大电路，所第四运算放大电路的输出端耦接于所述第一迟滞反向比较电路。根据本专利技术的一实施方式，所述反向放大电路包括：第六电阻、第七电阻及第五运算放大器；其中所述第六电阻的第一端耦接于所述第四运算放大器的负输入端，其第二端耦接于所述第五运算放大器的负输入端；所述第七电阻并联于所述第五运算放大器的负输入端与所述第五运算放大器的输出端之间；所述第五运算放大器的正输入端接地，所述第五运算放大器的输出端耦接于所述第二迟滞反向比较电路。根据本专利技术的一实施方式，所述第一迟滞反向比较电路包括：第二运算放大器、第八电阻、第九电阻、第十电阻及第十一电阻；其中所述第八电阻并联于所述第二运算放大器的正输入端与所述第二运算放大器的输出端之间；所述第九电阻的第一端耦接于所述第二运算放大器的正输入端，其第二端与所述第十电阻的第一端耦接；所述第十电阻的第二端耦接于负电源端；所述第十一电阻的第一端耦接于所述第十电阻的第一端，其第二端接地；所述第二运算放大器的负输入端耦接于所述第四运算放大器的输出端，其输出端耦接于所述开关控制电路。根据本专利技术的一实施方式，所述第二迟滞反向比较电路包括：第三运算放大器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻及第十五电阻；其中所述第十二电阻并联于所述第三运算放大器的正输入端与输出端之间；所述第十三电阻的第一端耦接于所述第三运算放大器的正输入端，其第二端耦接于所述第十四电阻的第一端；所述第十四电阻的第二端耦接于负电源端；所述第十五电阻的第一端耦接于所述第十四电阻的第一端，其第二端接地；所述第三运算放大器的负输入端耦接于所述第五运算放大器的输出端，其输出端耦接于所述开关控制电路。根据本专利技术的一实施方式，所述开关控制电路包括：第一二极管、第二二极管及第十六电阻；其中所述第十六电阻的第一端耦接于负电源端，其第二端耦接于所述电子开关；所述第一二极管的正极耦接于所述第二运算放大器的输出端，其负极耦接于所述电子开关；所述第二二极管的正极耦接于所述第三运算放大器，其负极耦接于所述电子开关。根据本专利技术的一实施方式，所述电荷放大电路包括第一运算放大器，所述反馈电阻与所述电子开关的串联支路并联于所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种将电荷信号转换为电压信号的方法，应用于一电荷放大器中，所述电荷放大器包括：电荷放大电路、反馈电阻极电子开关，其中所述反馈电阻与所述电子开关所组成的串联支路并联于所述电荷放大电路的输入端和输出端之间；所述方法包括：接收所述电荷放大电路输出的电压信号；检测所述电压信号的平均电压，并根据所述平均电压，输出控制信号；以及，根据所述控制信号，控制所述电子开关的导通或断开。根据本专利技术的一实施方式，根据所述平均电压，输出控制信号包括：当检测到所述平均电压大于正的第一阈值或小于负的第一阈值时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷放大器，其特征在于，包括：电荷放大电路，所述电荷放大电路的输入端接收输入的电荷信号，所述电荷放大电路的输出端Out输出经由所述电荷信号转换而成的电压信号；反馈电阻；电子开关，与所述反馈电阻串联，所组成的串联支路并联于所述电荷放大电路的输入端和输出端Out之间；输出电压检测电路，耦接于所述电荷放大电路的输出端Out，用于检测所述电荷放大电路输出的所述电压信号的平均电压，并根据所述平均电压输出控制信号；以及开关控制电路，耦接于所述输出电压检测电路，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述电子开关的导通与断开。

【技术特征摘要】
1.一种电荷放大器，其特征在于，包括：
电荷放大电路，所述电荷放大电路的输入端接收输入的电荷信号，
所述电荷放大电路的输出端Out输出经由所述电荷信号转换而成的电压
信号；
反馈电阻；
电子开关，与所述反馈电阻串联，所组成的串联支路并联于所述电
荷放大电路的输入端和输出端Out之间；
输出电压检测电路，耦接于所述电荷放大电路的输出端Out，用于检
测所述电荷放大电路输出的所述电压信号的平均电压，并根据所述平均
电压输出控制信号；以及
开关控制电路，耦接于所述输出电压检测电路，用于接收所述控制
信号，并根据所述控制信号控制所述电子开关的导通与断开。
2.根据权利要求1所述的电荷放大器，其特征在于，所述输出电压
检测电路包括：
平均电压检测电路，与所述电荷放大电路的输出端耦接，用于检测
并输出所述平均电压；
反向放大电路，与所述平均电压检测电路耦接，用于提供所述平均
电压的反向电压；
第一迟滞反向比较电路，与所述平均电压检测电路及所述开关控制
电路耦接，用于判断所述平均电压负偏离的大小；当所述平均电压小于
负的第一阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开
关控制电路控制所述电子开关的导通；当所述平均电压小于0且大于负
的第二阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开关
控制电路控制所述电子开关的断开；以及
第二迟滞反向比较电路，与所述反向放大电路及所述开关控制电路
耦接，用于判断所述平均电压正偏离的大小；当所述平均电压大于正的
所述第一阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述开
关控制电路控制所述电子开关的导通；当所述平均电压大于0且小于负

\t的所述第二阈值时，向所述开关控制电路发送所述控制信号，以使所述
开关控制电路控制所述电子开关的断开。
3.根据权利要求2所述的电荷放大器，其特征在于，所述平均电压
检测电路包括：第五电阻、第三电容及第四运算放大器；其中所述第五
电阻的第一端与所述电荷放大电路的输出端耦接，其第二端与所述第四
运算放大器的正输入端耦接；所述第三电容的第一端耦接于所述第四运
算放大器的正输入端，其第二端接地；所述第四运算放大器的负输入端
耦接于所述反向放大电路，所第四运算放大电路的输出端耦接于所述第
一迟滞反向比较电路。
4.根据权利要求3所述的电荷放大器，其特征在于，所述反向放大
电路包括：第六电阻、第七电阻及第五运算放大器；其中所述第六电阻
的第一端耦接于所述第四运算放大器的负输入端，其第二端耦接于所述
第五运算放大器的负输入端；所述第七电阻并联于所述第五运算放大器
的负输入端与所述第五运算放大器的输出端之间；所述第五运算放大器
的正输入端接地，所述第五运算放大器的输出端耦接于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金南，卢洪林，张利民，赵黎，陈大力，李胜斌，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43