CETDQ801B Wzmacniacz ładunku dla systemu Weigh In Motion

Wzmacniacz ładunku CETDQ801B to wielokanałowy wzmacniacz ładunku, który wyprowadza napięcie proporcjonalne do ładunku wejściowego. Obsługuje 8 lub 12 kanałów (opcjonalnie) i jest przeznaczony do współpracy z czujnikami piezoelektrycznymi do pomiaru wielkości mechanicznych, takich jak przyspieszenie, ciśnienie i siła. Jest szeroko stosowany w sektorach takich jak gospodarka wodna, energetyka, górnictwo, transport, budownictwo, sejsmologia, lotnictwo i obrona. Instrument charakteryzuje się następującymi cechami:

1)      Zoptymalizowana konstrukcja obwodu z precyzyjnymi, nisko-szumowymi, nisko-dryftowymi importowanymi komponentami zapewnia stabilną i niezawodną jakość produktu.

2)      Eliminuje tłumienie sygnału spowodowane równoważną pojemnością kabli wejściowych, umożliwiając stosowanie długich kabli bez wpływu na dokładność pomiaru.

3)      Wyjście ±5Vp przy 50mA.

4)      Obsługuje wejście z 8 lub 12 czujników, z interfejsem wyjściowym DB15 i działa przy napięciu DC 12V.

2. Zasada działania

Wzmacniacz ładunku CETDQ801B składa się ze stopnia konwersji ładunku, stopnia regulacji, filtru dolnoprzepustowego, filtru górnoprzepustowego, końcowego stopnia wzmacniacza mocy, stopnia przeciążeniowego i zasilania. Zasada działania jest zilustrowana na poniższym schemacie blokowym:

1)      Stopień konwersji ładunku: Skupiony wokół wzmacniacza operacyjnego A1.

Wzmacniacz ładunku CETDQ801B może być podłączony do piezoelektrycznych czujników przyspieszenia, czujników siły i czujników ciśnienia. Czujniki te konwertują wielkości mechaniczne na proporcjonalne słabe ładunki (Q) o bardzo wysokiej impedancji wyjściowej (Ra). Stopień konwersji ładunku przekształca ładunek na proporcjonalne napięcie (1pC/1mV) i konwertuje wysoką impedancję wyjściową na niską impedancję wyjściową.

o    Ca: Właściwa pojemność czujnika, typowo kilka tysięcy pF. Dolna granica częstotliwości jest określona przez 1/2πRaCa.

o    Cc: Pojemność nisko-szumowego kabla wyjściowego.

o    Ci: Pojemność wejściowa wzmacniacza operacyjnego A1, typowo 3pF.

Stopień konwersji ładunku wykorzystuje precyzyjny wzmacniacz operacyjny o wysokiej impedancji wejściowej, niskim poziomie szumów, niskim dryfcie i szerokim paśmie z USA. Kondensator sprzężenia zwrotnego (Cf1) ma cztery ustawienia: 101pF, 102pF, 103pF i 104pF. Zgodnie z twierdzeniem Millera, efektywna pojemność na wejściu wynosi C = (1 + K)Cf1, gdzie K jest wzmocnieniem otwartej pętli A1, typowo 120dB. Gdy Cf1 jest ustawione na 100pF (minimum), C wynosi około 108pF. Dla 1000-metrowego kabla niskoszumowego, Cc wynosi 95000pF. Zakładając, że Ca wynosi 5000pF, całkowita pojemność równoległa Ca, Cc i Ci wynosi około 105pF, co stanowi 1/1000 C. Zatem, nawet przy kablu o długości 1000 metrów, wpływ na dokładność Cf1 wynosi tylko 0,1%. Napięcie wyjściowe stopnia konwersji ładunku wynosi Q / Cf1, więc wyjście wynosi 10mV/pC, 1mV/pC, 0,1mV/pC i 0,01mV/pC dla odpowiednich ustawień kondensatora sprzężenia zwrotnego.

2)      Stopień regulacji: Składa się ze wzmacniacza operacyjnego A2 i potencjometru regulacji czułości (W). Ten stopień zapewnia znormalizowane napięcie wyjściowe podczas korzystania z czujników piezoelektrycznych o różnych czułościach.

3)      Filtr dolnoprzepustowy: Filtr aktywny drugiego rzędu Butterworth skupiony wokół A3, zaprojektowany w celu skutecznego eliminowania zakłóceń wysokiej częstotliwości.

4)      Filtr górnoprzepustowy: Pasywny filtr górnoprzepustowy pierwszego rzędu złożony z C4 i R4, zaprojektowany w celu tłumienia zakłóceń niskiej częstotliwości.

5)      Końcowy wzmacniacz mocy: Skupiony wokół A4, zapewniający wzmocnienie i ochronę przed zwarciem wyjściowym z dużą precyzją.

3. Specyfikacje techniczne

1)      Charakterystyka wejściowa: Maksymalny ładunek wejściowy ±106pC.

2)      Czułość: 0,1-1000mV/pC (z pojemnością źródła 1nF przy -40 do +60dB).

3)      Regulacja czułości czujnika: 4 zakresy z czułością ładunku od 1-109,9pC/jednostkę.

4)      Dokładność:

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

o    Gdy równoważna pojemność kabla wejściowego jest mniejsza niż 10nF, 68nF, 22nF, 6,8nF lub 2,2nF, błąd jest mniejszy niż ±1% w warunkach odniesienia 1kHz i mniejszy niż ±2% w znamionowych warunkach pracy.

5)      Filtr i charakterystyka częstotliwościowa:

o    Filtr górnoprzepustowy: Dolne częstotliwości graniczne 0,3, 1, 3, 10, 30 i 100Hz. Tolerancja: 0,3Hz, -3dB do +1,5dB; 1, 3, 10, 30, 100Hz, -3dB ±1dB. Nachylenie tłumienia: -6dB/oktawę.

o    Filtr dolnoprzepustowy: Górne częstotliwości graniczne 1, 3, 10, 30 i 100kHz. Tolerancja: -3dB ±1dB. Nachylenie tłumienia: -12dB/oktawę.

6)      Charakterystyka wyjściowa:

o    Maksymalna amplituda wyjściowa: ±5Vp.

o    Maksymalny prąd wyjściowy: ±100mA.

o    Minimalna rezystancja obciążenia: 100Ω.

o    Zniekształcenia harmoniczne: Mniej niż 1% przy częstotliwościach poniżej 30kHz z obciążeniami pojemnościowymi <47nF i wyjściem pełnej skali.

7)      Szum: Mniej niż 5µV (odniesione do wejścia przy maksymalnym wzmocnieniu).

8)      Czas nagrzewania: Około 30 minut.

9)      Interfejs wyjściowy: DB15.

10)  Kanały wejściowe: 8 lub 12 kanałów.

11)  Zasilanie wejściowe: DC 12V.