Исследование погрешности преобразования тока и напряжения в кварцевом гибком акселерометре

Кварцевый гибкий акселерометр, как зрелый высокоточный инерционный акселерометр, может выдавать 10 ^-5 g~десятки g информации об ускорении. Для обеспечения общей точности системы соответствующая схема сбора данных акселерометра также должна максимально снизить вносимые ею ошибки и повысить производительность сбора данных.

Поскольку кварцевый гибкий акселерометр использует аналоговый способ управления для вывода тока, а в современных системах сбора данных требуется, чтобы собираемый сигнал был цифровым, необходимо преобразовать этот аналоговый сигнал тока в цифровой. С повышением точности кварцевого гибкого акселерометра, чтобы без искажений восстановить точность кварцевого гибкого акселерометра, особенно важна конструкция высокоточной схемы аналого-цифрового преобразования.

В настоящее время существует два способа реализации такого аналого-цифрового преобразования: преобразование с помощью АЦП и преобразование тока в частоту с последующим подсчетом частоты для реализации аналого-цифрового преобразования, то есть преобразование Т/Ч. При использовании преобразования с помощью АЦП требуется этап преобразования тока в напряжение. Для повышения производительности схемы сбора данных кварцевого гибкого акселерометра, как первого этапа системы сбора данных об ускорении, ошибку, вызванную этапом преобразования тока в напряжение, нельзя игнорировать. Выбор подходящего способа преобразования играет важную роль в повышении точности всей инерционной системы.

На этапе преобразования тока в напряжение требуется прецизионное малотемпературное резистивное нагрузочное сопротивление, что приведет к эффекту нагрузки. Эффект нагрузки — это эффект шунтирования выходного тока акселерометра, вызванный преобразованием тока в напряжение. Он не только влияет на точность преобразования, но и на скорость преобразования.

В настоящее время обычно используемые методы преобразования тока в напряжение: прямое преобразование, преобразование с помощью инструментального усилителя и преобразователь тока в напряжение, ниже приводится сравнительный анализ этих 3 способов преобразования

1 Прямое преобразование

Рисунок 1 Эквивалентная схема импеданса прямого преобразования

Примечание: входное сопротивление Ri — это эквивалентное сопротивление последующего пассивного фильтра нижних частот или входное сопротивление активного фильтра нижних частот

Согласно первому закону Кирхгофа, Io=Is+Ii, это приведет к тому, что выходное напряжение Vout будет меньше теоретического значения,

фактические измерения

при входном сопротивлении Ri тем меньше, тем больше отклонение выходного напряжения. Фактическое измеренное значение составляет только долю σ от теоретического значения

Если резистор выборки Rs составляет 1 кОм, а входное сопротивление Ri составляет 50 кОм, то фактическое измеренное значение составляет всего 98,04% от теоретического значения.

2 Преобразование с помощью инструментального усилителя

Рисунок 2 Схема преобразования с помощью инструментального усилителя

Аналогично, преобразование с помощью инструментального усилителя также может быть эквивалентно схеме импеданса на рисунке 3.

Рисунок 3 Эквивалентная схема импеданса преобразования с помощью инструментального усилителя

При использовании способа преобразования с помощью инструментального усилителя выбор компонентов оказывает очень большое влияние на точность преобразования. Входное сопротивление обычных инструментальных усилителей составляет несколько сотен МОм, а входное сопротивление высокопроизводительных инструментальных усилителей может достигать 10 ГОм~100 ГОм. В этом случае можно считать, что точность преобразования достигает идеального значения.

Кроме того, инструментальный усилитель может выполнять нулевую настройку через вывод REF (низкоомный вход), уменьшая нулевой сдвиг системы и повышая точность измерения.

3 Преобразователь тока в напряжение

Поскольку ток смещения высокоточных операционных усилителей очень мал, можно считать, что Ii=Io, поэтому преобразователь тока в напряжение может устранить влияние ошибки, вызванной эффектом нагрузки, а точность преобразования приближается к 100%.

При использовании метода преобразования с помощью преобразователя тока в напряжение выходной вывод измерительного прибора L- постоянно работает в точке «виртуальной земли», что может повысить устойчивость измерительного прибора к вибрации и ударам, расширить линейный диапазон работы и повысить живучесть измерительного прибора в суровых условиях.

При использовании преобразователя тока в напряжение необходимо выбирать операционный усилитель с малым током смещения, высокой скоростью нарастания и высокой выходной токовой способностью. Кроме того, преобразователь тока в напряжение может играть роль фильтра нижних частот. В низкочастотном диапазоне выходного сигнала ускорения, выбрав подходящие резисторы и конденсаторы, можно игнорировать его влияние на выходной сигнал, одновременно выполняя функцию фильтра нижних частот. 。

В заключение, прямое преобразование имеет слишком большую погрешность и не рекомендуется. Преобразование с помощью дифференциального усилителя и преобразователь тока в напряжение могут устранить эффект нагрузки и оказывать минимальное влияние на чувствительность.

В соответствии с требованиями клиентов наша компания разработала два продукта: HJGM001 (способ преобразования с помощью инструментального усилителя) и трехмерный модуль схемы преобразования тока в напряжение измерительного прибора (способ преобразования с помощью преобразователя тока в напряжение). Приглашаем вас сделать заказ!