ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Устройства формирования и преобразования электрических сигналов из "Вибрации в технике Справочник Том 5 " Предварительные усилители. При измерении параметров механических колебаний для обеспечения нормальной работы датчиков используют предварительные усилители (предусилители). Предусилители предназначены для увеличения мощности входного сигнала, согласования импедансов датчика и следующего измерительного преобразователя, обеспечения необходимой постоянной времени цепи датчика с целью задания нижней граничной частоты диапазона рабочих частот, а также для приведения уровня выходного сигнала к требуемому (нормализация выходного сигнала). Предусилители называют также согласую цими устройствами. [c.234] Симметричные пьезодатчики совместно с дифференциальными (вычитающими) предусилителями, имеющими симметричный вход, используют для подавления электрических и электромагнитных помех [7, 24, 25]. Основным условием хорошего подавления помех является соблюдение максимальной симметрии параметров цепей датчика, соединительного кабеля и нагружающего входа предусилителей относительно точек заземления, экранирующих и выводных сигнальных проводов. Поэтому в предусилителях напряжения необходимо обеспечивать симметрию входных цепей, а в предусилителях заряда — также и цепей обратных связей. Применение симметричных датчиков совместно с дифференциальными предусилителями позволяет более чем на 40 дБ снизить электрические и электромагнитные помехи, а также помехи от трибоэлектрического и микрофонного эффектов соединительного кабеля. [c.235] При рассмотрении совместной работы симметричного датчика и дифференциального предусилителя важны случаи, когда экранирующий провод кабеля, соединяющего пьезодатчик с предусилителем, неразрывен или имеет разрыв. Во втором случае при обеспечении симметрии на входе предусилителя для длинных линий передачи сигнала можно добиться лучшего подавления электрических помех заземления при этом разрыв экрана должен находиться у датчика. Из сравнения электрических эквивалентных схем симметричных пьезоакселерометров (см. рис. 1—3) видно, что они отличаются только числом генераторов заряда и соотношением емкостей. Поэтому для описания работы дифференциальных предусилителей взята наиболее общая электрическая схема, показанная на рис. 2. [c.235] Где Q — электрический заряд, генерируемый пьезодатчиком К — коэффициент преобразования предусилителя j. — емкость пьезодатчика j — емкость соединительной кабельной линии вместе со входной емкостью предусилителя. [c.235] Где и — емкости сигнальных проводов относительно экрана кабеля вместе с соответствующими входными емкостями предусилителя — емкость между сигнальными проводами в кабеле вместе с соответствующей входной емкостью пре-аусилителя. [c.235] Из приведенных выражений (I) — (3) видно, что с изменением длины соединительного кабеля изменяется выходное напряжение. Для учета этого изменения необходимо проводить либо дополнительную калибровку измерительного канала, либо учитывать фактические емкости соединительного кабеля при измерении. [c.237] Для обеспечения в области низких частот требуемой амплитудно-частотной характеристики предусилители напряжения должны иметь большие входные активные сопротивления. [c.237] Последнее требование накладывает определенные конструктивные трудности иа выполнение соединительных кабелей, особенно при работе в условиях повышенной влажности и измерениях в области частот ниже 20 Гц. [c.237] Таким образом, в предусилителях напряжения входные сопротивления должны быть бoльuJИмя, а подключаемые к датчику емкости — малыми. Активная входная нагрузка снижает чувствительность тракта только на низких частотах, в то время как емкостная нагрузка — во всем диапазоне частот. Поэтому предусилители напряжения рекомендуется монтировать в непосредственной близости от преобразователя. Дифференциальные предусилители напряжения существенно подавляют все помехи, которые сводятся к синфазным сигналам. [c.237] Относительно малое влияние емкости соединительного кабеля на чувствительность преобразователя в схемах с активным экраном справедливо для соединигель-ных кабелей длиной не более 15 м. При длине соединительного кабеля более 30 м такая схема включения малоэффективна. Другие способы подавления помех изложены в работе [16]. [c.238] Из сравнения формул (4) и (6) следует, что при работе с предусилителем заряда лучше иметь раздельные точки заземления. Однако при этом необходимо, чтобы влияющие электромагнитные поля были незначительны. Кроме того, на практике трудно обеспечивать раздельные точки заземления пне соединительного кабеля. При обеспечений- симметрии (что всегда надо делать для хорошего помехоподавления) выражения (4) и (6) приводятся к виду (5). [c.239] Предусилители заряда могут иметь невысокие входные сопротивления. Основным недостатком этих предусилителей является повышенная чувствительность к шумам во входных цепях, которая возрастает с увеличением длины кабеля. Поэтому предусилители заряда тоже рекомендуется устанавливать на минимальном удалении от датчиков. Кроме того, используют добавочные фильтры верхних частот для подавления сигналов трибоэлектрических помех и шумов операционных усилителей, имеющих низкочастотный спектр. При работе с высокочувствительными низкочастотными датчиками рабочий диапазон частот предусилителей заряда должен быть ограничен сверху во избежание его перегрузок. [c.239] Предварительный усилитель тока. Эквивалентная электрическая схема предусилителя тока (рис. 6) содержит включенный последовательно с датчиком 1 линейный усилитель 2, расположенный в непосредственной близости от датчика и обеспечивающий преобразование выходного напряжения последнего в электрический ток, и усилитель тока 4, соединенный с линейным усилителем кабелем связи 3. Питание линейного усилителя осуществляется через сигнальный кабель от схемы усилителя тока. [c.239] По существу линейный усилитель является модулятором входного тока усилителя тока. Усилитель тока обладает малым динамическим входным импедансом, поэтому схема датчика с предусилителем тока обладает повышенной помехоустойчивостью и имеет наиболее широкую частотную характеристику, которая может составлять несколько сотен килогерц при длине соединительного кабеля, равной нескольким сотням метров. [c.239] В ряде случаев предусилители могут выполнять функции интегратора. На рис. 7 приведена принципиальная схема аналогового интегратора — усилителя. [c.239] Измерительные уснлнтелн. При измерении параметров вибраций измерительные усилители используют для усиления по уровню малых постоянных или переменных электрических сигналов, поступающих от измерительных преобразователей различных видов, для дополнительного усиления сигналов предварительных усилителей, а также для измерения малых напряжений [19, 20]. [c.239] Измерительные усилители отличаются большой чувствительностью, высокой точностью калибровки коэффициента снлеиия в полосе рабочих частот, малыми нелинейными искажениями, низким уровнем шумов, наличием измеригельного блока, позволяющего измерять уровень выходного напряжения. [c.240] Измерительные усилители могут быть селективными, низко- и высокочастотными широкополосными, а также усилителями напряжения постоянного тока, универсальными Селективные усилители предназначены для выделения, усиления и измерения малых синусоидальных напряжений при наличии шумов, измерения гармонических составляющих периодических сигналов, качественной оценки спектральной плотности шумовых сигналов. [c.240] Вернуться к основной статье