CETDQ801B ενισχυτής φόρτισης για σύστημα ζύγισης σε κίνηση

Ο ενισχυτής φόρτισης CETDQ801B είναι ένας πολυκαναλικός ενισχυτής φόρτισης που εξάγει μια τάση ανάλογη της εισερχόμενης φόρτισης. Υποστηρίζει 8 ή 12 κανάλια (προαιρετικά) και έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες για τη μέτρηση μηχανικών ποσοτήτων όπως επιτάχυνση, πίεση και δύναμη. Χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως η διατήρηση νερού, η ενέργεια, η εξόρυξη, οι μεταφορές, οι κατασκευές, η σεισμολογία, η αεροδιαστημική και η άμυνα. Το όργανο διαθέτει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1)      Βελτιστοποιημένος σχεδιασμός κυκλώματος με εξαρτήματα υψηλής ακρίβειας, χαμηλού θορύβου και χαμηλής μετατόπισης, που εισάγονται, εξασφαλίζει σταθερή και αξιόπιστη ποιότητα προϊόντος.

2)      Εξαλείφει την εξασθένηση σήματος που προκαλείται από την ισοδύναμη χωρητικότητα των καλωδίων εισόδου, επιτρέποντας τη χρήση μακρών καλωδίων χωρίς να επηρεάζεται η ακρίβεια μέτρησης.

3)      Εξόδους ±5Vp στα 50mA.

4)      Υποστηρίζει είσοδο από 8 ή 12 αισθητήρες, με διασύνδεση εξόδου DB15 και λειτουργεί στα DC 12V.

2. Αρχή Λειτουργίας

Ο ενισχυτής φόρτισης CETDQ801B αποτελείται από ένα στάδιο μετατροπής φόρτισης, ένα στάδιο ρύθμισης, ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης, ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης, ένα τελικό στάδιο ενισχυτή ισχύος υπερφόρτωσης και τροφοδοσία. Η αρχή λειτουργίας απεικονίζεται στο παρακάτω διάγραμμα:

1)      Στάδιο Μετατροπής Φόρτισης: Επίκεντρο ο λειτουργικός ενισχυτής A1.

Ο ενισχυτής φόρτισης CETDQ801B μπορεί να συνδεθεί με πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες επιτάχυνσης, αισθητήρες δύναμης και αισθητήρες πίεσης. Αυτοί οι αισθητήρες μετατρέπουν μηχανικές ποσότητες σε ανάλογες ασθενείς φορτίσεις (Q) με εξαιρετικά υψηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου (Ra). Το στάδιο μετατροπής φόρτισης μετατρέπει τη φόρτιση σε ανάλογη τάση (1pC/1mV) και μετατρέπει την υψηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου σε χαμηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου.

o    Ca: Η εγγενής χωρητικότητα του αισθητήρα, συνήθως αρκετές χιλιάδες pF. Το κατώτερο όριο συχνότητας καθορίζεται από 1/2πRaCa.

o    Cc: Χωρητικότητα του καλωδίου εξόδου χαμηλού θορύβου.

o    Ci: Χωρητικότητα εισόδου του λειτουργικού ενισχυτή A1, συνήθως 3pF.

Το στάδιο μετατροπής φόρτισης χρησιμοποιεί έναν λειτουργικό ενισχυτή ακριβείας υψηλής σύνθετης αντίστασης εισόδου, χαμηλού θορύβου και χαμηλής μετατόπισης, ευρείας ζώνης από τις ΗΠΑ. Ο πυκνωτής ανάδρασης (Cf1) έχει τέσσερις ρυθμίσεις: 101pF, 102pF, 103pF και 104pF. Σύμφωνα με το θεώρημα του Miller, η αποτελεσματική χωρητικότητα στην είσοδο είναι C = (1 + K)Cf1, όπου K είναι το κέρδος ανοιχτού βρόχου του A1, συνήθως 120dB. Όταν το Cf1 ρυθμιστεί στα 100pF (ελάχιστο), το C είναι περίπου 108pF. Για ένα καλώδιο χαμηλού θορύβου 1000 μέτρων, το Cc είναι 95000pF. Υποθέτοντας ότι το Ca είναι 5000pF, η συνολική παράλληλη χωρητικότητα των Ca, Cc και Ci είναι περίπου 105pF, που είναι 1/1000 του C. Έτσι, ακόμη και με ένα καλώδιο 1000 μέτρων, ο αντίκτυπος στην ακρίβεια του Cf1 είναι μόνο 0,1%. Η τάση εξόδου του σταδίου μετατροπής φόρτισης είναι Q / Cf1, επομένως η έξοδος είναι 10mV/pC, 1mV/pC, 0,1mV/pC και 0,01mV/pC για τις αντίστοιχες ρυθμίσεις πυκνωτή ανάδρασης.

2)      Στάδιο Ρύθμισης: Αποτελείται από τον λειτουργικό ενισχυτή A2 και ένα ποτενσιόμετρο ρύθμισης ευαισθησίας (W). Αυτό το στάδιο εξασφαλίζει ομαλοποιημένη έξοδο τάσης κατά τη χρήση πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων με διαφορετικές ευαισθησίες.

3)      Φίλτρο Χαμηλής Διέλευσης: Ένα ενεργό φίλτρο Butterworth δεύτερης τάξης με επίκεντρο το A3, σχεδιασμένο για την αποτελεσματική εξάλειψη παρεμβολών υψηλής συχνότητας.

4)      Φίλτρο Υψηλής Διέλευσης: Ένα παθητικό φίλτρο υψηλής διέλευσης πρώτης τάξης που αποτελείται από C4 και R4, σχεδιασμένο για την καταστολή παρεμβολών χαμηλής συχνότητας.

5)      Τελικός Ενισχυτής Ισχύος: Με επίκεντρο το A4, παρέχει κέρδος και προστασία βραχυκυκλώματος εξόδου με υψηλή ακρίβεια.

3. Τεχνικές Προδιαγραφές

1)      Χαρακτηριστικά Εισόδου: Μέγιστη φόρτιση εισόδου ±106pC.

2)      Ευαισθησία: 0,1-1000mV/pC (με χωρητικότητα πηγής 1nF στους -40 έως +60dB).

3)      Ρύθμιση Ευαισθησίας Αισθητήρα: 4 περιοχές με ευαισθησία φόρτισης από 1-109,9pC/Μονάδα.

4)      Ακρίβεια:

o    1mV/Μονάδα, 10mV/Μονάδα, 100mV/Μονάδα, 1000mV/Μονάδα.

o    Όταν η ισοδύναμη χωρητικότητα του καλωδίου εισόδου είναι μικρότερη από 10nF, 68nF, 22nF, 6,8nF ή 2,2nF, το σφάλμα είναι μικρότερο από ±1% υπό συνθήκες αναφοράς 1kHz και μικρότερο από ±2% υπό συνθήκες ονομαστικής λειτουργίας.

5)      Φίλτρο και Απόκριση Συχνότητας:

o    Φίλτρο Υψηλής Διέλευσης: Κατώτερες συχνότητες αποκοπής 0,3, 1, 3, 10, 30 και 100Hz. Ανοχή: 0,3Hz, -3dB έως +1,5dB; 1, 3, 10, 30, 100Hz, -3dB ±1dB. Κλίση εξασθένησης: -6dB/οκτάβα.

o    Φίλτρο Χαμηλής Διέλευσης: Ανώτερες συχνότητες αποκοπής 1, 3, 10, 30 και 100kHz. Ανοχή: -3dB ±1dB. Κλίση εξασθένησης: -12dB/οκτάβα.

6)      Χαρακτηριστικά Εξόδου:

o    Μέγιστο πλάτος εξόδου: ±5Vp.

o    Μέγιστο ρεύμα εξόδου: ±100mA.

o    Ελάχιστη αντίσταση φορτίου: 100Ω.

o    Αρμονική παραμόρφωση: Λιγότερο από 1% σε συχνότητες κάτω από 30kHz με χωρητικά φορτία <47nF και έξοδο πλήρους κλίμακας.

7)      Θόρυβος: Λιγότερο από 5µV (αναφέρεται στην είσοδο στο μέγιστο κέρδος).

8)      Χρόνος Προθέρμανσης: Περίπου 30 λεπτά.

9)      Διασύνδεση Εξόδου: DB15.

10)  Κανάλια Εισόδου: 8 ή 12 κανάλια.

11)  Ισχύς Εισόδου: DC 12V.