加速度信号调理电路设计及仿真

摘要：基于高冲击环境试验中对瞬态加速度信号的高精度测试需求，采用存储测试的方法设计了加速度存储测试仪。由于压电式传感器具有灵敏度高、量程大、较高固有频率、耐冲击等优点，所以使用其作为传感元件，设计了电荷放大电路、增益可调节的前置放大电路及滤波电路。较为详细地介绍了信号调理电路的设计及电阻电容的参数计算公式。通过仿真分析软件ORCAD，对电路参数进行了合理配置。仿真结果表明系统的信号幅度控制合理，滤波效果明显，电路设计具有实际应用价值。
关键词：存储测试仪；加速度瞬态信号；信号调理电路；仿真分析；ORCAD

为满足跌落等高冲击环境试验中对瞬态加速度测试的需求，文中设计的嵌入式加速度存储测试仪不但要求电路精简、体积小、功耗低，耐强冲击，干电池供电，还要求每片子卡实现双通道加速度测量，通道量程达100 000 g，且量程设置可根据试验条件通过软件灵活设置已提高信噪比。在其外围电路的设计中，压电式传感器具有成本低、灵敏度高、频响宽和动态范围大等优点，使用其作为传感源，由于信号调理电路的设计直接影响到加速度时间历程信号的可靠采集和存储，本文主要针对这部分进行了介绍，并通过ORCAD仿真分析软件对调理电路进行了参数配置和分析。

1 电路设计及芯片选型
系统信号调理的工作原理是压电式加速度传感器将冲击信号转化为电荷信号，电荷放大器将该信号转化为相应的电压量，经增益控制、滤波电路调理后，输出至A／D转换器。由A／D转换器负责模拟量到数字量的转换，转换后的数据存入非易失性存储器，试验完成后将数据回读出来，其原理框图如图1所示。

信号调理电路部分主要由电荷放大器、增益放大器、滤波几部分组成，电路连线如图2所示。