积分电路设计

积分电路设计积分电路是信号调理器实现加速度信号转换为速度和位移的变换电路。一、基本概念最简单的振动是简谐振动特点：(1)参量是时间的谐和函数；(2)在时域为一正弦波；(3)在频域为一直线谱(信号的傅立叶变换)。tx(t)00X(ω)ωω0简谐振动的时域参数振动时域参数间的幅度关系：微积分关系AVaAaAVtAtAtatAtAtvftAtAtx202022,π)cos()sin()(2πsin)cos()()π2sin()sin()(则有若令加速度位移速度振动时域参数的相位关系振动时域参数间的幅度关系：相位a、v、x依次超前π/2。x、v、a三者的相位关系ωvxa二、传感器的动态特性传感器的动态特性参数比较多，反映能测量参数的频率线性范围。(1)频率线性范围：频率响应曲线，频率对灵敏度的影响；(2)幅度线性范围：频率对测量幅度的影响(诺莫图)；(3)相位线性范围：频率对相位的影响。频率对幅度的影响-诺莫图加速度位移交越频率振动测量参数的选取从反映频率与位称、速度和加速度关系的诺莫图可知：(1)低频时，测量位移可提高测量精度；(2)中频时，测量速度可提高测量精度；(3)高频时，测量加速度可提高测量精度。对位移和加速度测量都能达到最大值的频率点称为交越频率。一个传感器只能测量一种参数在实际应用中，一个传感器只能测量一种参数；在某些情况下，振动的某个参数可能不容易测量，或无法测量；在振动信号分析处理时，常需要研究振动的三种参数；需要利用三个参数间的微积分关系，通过微积分网络，实现三个参数的转换，以满足分析需要。加速度、速度和位移的转换加速度传感器只能测量振动加速度；速度和位移通过积分电路实现：(1)通过一次积分电路输出位移；(2)通过二次积分电路输出速度。如果是测量振动位移，则速度和加速度分别通过一次和二次微分电路来实现。如如果是测量振动速度，则一次微分为加速度，一次积分为位移。横向振动加速度积分得速度二次积分得位移三、RC微分电路输出电压与输入电压的微分成比例，要求：RCTRC电路有多种用途，视RC值和信号特性而定：ieteRCeioddRC分压电路RC微积分电路RC滤波电路RC耦合电路RCoeIRC微分电路的频率特性四、RC积分电路RC积分电路的频率特性积分电路的对数曲线典型的积分曲线速度积分曲线1速度积分曲线2积分器的阶跃、方波响应积分器的正弦波响应当积分器的输为正弦波时，输出为余弦波，相差为90度，幅度增大ω倍。aV=ωa相位差为90度微积分电路的实现两种微积分电路：(1)无源RC微积电路无源RC微积分电路衰减大，频率范围较窄，积分误差大。一般采用运算放大器先将信号放大，再通过无源微积分电路；(2)有源微积分电路电路衰减小，频率范围较宽，积分误差小。五、基本反相积分电路差动输入反相积分电路有源积分电路特点特点：频率范围宽，误差小RCKrRCKUtURCUCio0000211d1误差截止频率输出电容上的初始电压有源反相积分电路设计为限制电路的低频增益，减少失调电压的影响，一般在反馈电容上并一个电阻。输入信号频率大于f0时为积分器。fffRRRRRCRf//π211210(一般取20倍左右)低于此点不再是积分器积分器下限频率，传感器的工作频率范围应变式传感器频率工作范围低端0.01Hz积分器低端截止频率的确定由于传感器输出的最低信号频率为0.01Hz，给积分器设计带来了困难；列车车体的最低振动频率一般不低于0.5Hz，考虑到这一情况，可将积分器的低端频率取为0.1Hz。设计要求积分器低端截止频率0.01Hz，衰减为-3dB；高端频率为学号最末三位数，衰减取-25dB；学号最末三位数积分网络数目确定一般要设计多条积分曲线；第二条积分曲线的截止频率应该为第一条积分曲线衰减-25dB处的频率，即第二条积分曲线在此处衰减-3dB；第三条曲线参照上述处理。积分电路仿真实例积分电路截止点的仿真结果加速度速度相位相差π/2六、二次积分电路设计二次有源反相积分电路二次有源反相积分电路：二次积分电路仿真实例二次积分电路截止点仿真结果加速度位移相位相差π