关于压电式力传感器信号处理的问题

aiyou18

　　使用情况描述:我使用PCB公司的力传感器(型号:208 C01)测量一个往返的振动力.这个振动力本身只有0.5牛 左右,振动频率50Hz.而208 C01的灵敏度是500mv/磅力,所以对于0.5牛的力,传感器应当输出56mv信号.
　　传感器是这样连接的:PCB传感器通过一根信号线,连接到调理器的供电端子(同时它也是调理器信号输入端子)上.调理器的作用是给PCB提供恒流源,并放大信号.
　　示波器测试系统是这样连接的:我把示波器连接到PCB传感器与调理器之间连接的供电端子上,因为调理器输出端子我找不到,所以没法测量调理放大后的信号,只能测量PCB传感器输出的毫伏信号.
　　问题是这样的:在我还没有给传感器施加力的时候,示波器就检测到了90mv左右的类试于随机波+三角波+正弦波的噪声信号,而且这个噪声也是50HZ的. 当我给传感器施加力的时候示波器检测到了,110mv左右的不知道是什么形状的周期信号(50HZ). 我现在想知道这个力是多大,请问如何处理信号? 找出这两个波的最大值,然后用110-90=20mv,再然后用500mv/磅力,换算出力是0.18牛吗? 还是求有效值?还是用什么统计算法来表示这个力,并排除初始噪声干扰?
　　请各位有压电力传感器使用经验的前辈,或者是对此类信号处理有经验的大牛千万教我!!!顿首!!!

jojohup33

　　你的接法不对，这样接什么也测不出来。正常的输出信号是要经过调理器把信号和供电分离后输出的。所以你测的信号应该是没有分离的信号。
　　你的调理器不可能没有输出的，你再找找。

aiyou18

　　调理器确实有输出，可是调理器整合到了集成电路板上。我找不出哪跟印刷板上的电路是它的输出。我认为PCB传感器不是恒定电流供电的吗?我用示波器直接测它的毫伏输出，恒定电流不会影响输出信号吧?

jojohup33

　　你的调理器是自己做的吗?在调理器电路 上要把供电和输出信号输出分开，否则两个信号叠加在一起。:@L

aiyou18

　　调理器不是我自己做的，是设备厂商集成的。不晓得你是否了解PCB传感器的使用方法，他们有个专利叫ICP。一般的压电传感器，输出的是电荷信号，然后通过一根低噪音线把电荷送入电荷放大器，电荷放大器把它转成电压信号。而有ICP专利的PCB传感器是在传感器内集成了一个放大器，在传感器内部就把电荷转成了毫伏电压值，然后通过一根普通信号线把毫伏电压送入调理器转成正负5伏。同时这根连接PCB传感器和调理器的信号线，也起到给PCB传感器供电的作用。
　　我当时也奇怪，为什么同一根信号线上，即有供电，也有信号，难道不会混在一起吗?我看了电路大致是这样的：调理器内部有个隔直通交的电容，调理器一方面给PCB传感器提供恒压恒流源，另一方面PCB测出的力一般是动态变化的力，因此力的信号是个交流毫伏值，它能通过电容进行放大。
　　我在测量的时候，使用了示波器的隔离直流档，相当于直接测的是交流毫伏信号。
　　这个论坛不能发图吗? 我真想把我采集的信号图发上来，大家帮我看看，这都是些什么信号。

Galaxy163

　　可以发图，你不要通过”快速回复主题“回贴。
　　通过”回复“按钮回贴的”上传附件“可以把图片贴上来。

luckey66

　　1、最好有个连接图，看连接是否有问题。
　　2、最佳方案：能将你的ICP调理器用好，如果ICP调理器带放大调理电路的话会更好，这样你可以直接接示波器看波形。
　　3、mv级的电压量，不能用示波器测量，要用信号分析仪测量。测量时注意防止50Hz干扰。

1982yuanf

　　顺便问一下，一般加速度传感器信号通过电荷放大器后还需要信号调理模块吗?

jojohup33

　　你还是把调理部分说清楚吧。你理解的没错，是要在隔直电容后输出数据，你把这个点找到就行了。
　　“顺便问一下，一般加速度传感器信号通过电荷放大器后还需要信号调理模块吗?”
　　加速度传感器有很多种，如果是压电的电荷型的，电荷放大器输出的就是标准电压了，已经是调理过的了;如果是所谓ICO的，其调理的作用相当于电荷放大器，只是不包括阻抗变换而已，在外部形式上差不多。

CASCyu

　　这种ICP的传感器,我用过,,接线方式是:传感的接线座通常是4芯的,通过低噪声电缆接到专用的ICP调理器上,ICP调理器对传感器提供恒流电源,传感器输出信号回到调理器上,通常调理器上会有放大增益旋钮和滤波旋钮.传感器的输出信号经过ICP调理器后是电压信号,通常有一个Q9插座可以直接用示波器看到.
　　对于"顺便问一下，一般加速度传感器信号通过电荷放大器后还需要信号调理模块吗?"
　　我同意楼上的说法.
　　首先看传感器是电荷输出还是电压输出的(在传感器的灵敏度上可以看出来标着 xxx pc/g的是电荷输出 标着 xxxx mV/g的是电压输出就是所谓的ICP)
　　电荷输出的传感器要经过电荷放大器，电压输出的，就是把电荷放大的电路集成在传感器内部了，所以不再需要接电荷放大器，只需要给内部集成电路提供电源和引出传感器信号就行了(即只要接ICP调理器)。:@)

my-two-cents

　　PCB 带ICP内置电路的压电传感器(无论是力还是加速度)都是两线置，即供电和信号输出共用一根线。而且PCB的力传感器没有电荷输出的。
　　与ICP传感器配用的调理器一般具有3个功能：对内置电路供电，对信号进行滤波和放大。调理器的输入端与传感器相连接后在这输入端直接读取输出应该也是可以的，其输出信号为传感器的偏置电压+传感器的输出信号。而通过调理器输出端输出的信号则将传感器的偏置电压则通过一阶滤波隔直消除。但由于力传感器常用于甚低频测量，因此一般的一阶滤波不太和适，故有可能采用可调直流将传感器的偏置电压消除。使用者可检查一下调理器是否有可调直流的旋钮。
　　回到搂主最初的问题，50Hz的噪声。这是振动测量的基本的问题，即接地回路。208C01的壳体是信号地线，而使用时传感器不加对地绝缘座;由信号接地回路以及被测试件与信号地线间的电压差极可能是导致50Hz噪声的直接原因。所以解决问题方法是在传感器和被测试件之间添加绝缘安装座。
　　另外想问一下经常浏览次网站的PCB代理为何不能针对客户的问题对自己的产品作解答呢?

1982yuanf

　　还想再问下各位，想测0.5ms左右的加速度信号，如果选用了压电式传感器和电荷放大器的话，还需要添加信号调理吗，还是直接用数采卡采集?

jojohup33

　　所谓ICP(恩德福克叫IEPE)都是两线的，使用同轴电缆。这种压电的测量动态力效果比较好，如楼主的这种低频力也没有问题，况且大多数的恒流源都没有滤波，加滤波后价格就很贵的。至于噪声，我觉得还是在解决正确接线后才可以确定是什么。
　　PCB的代理没有几个懂技术的，所以他们没法回答你的问题，基本上都是拿技术参数说话。

my-two-cents

　　12楼楼主你问的问题是：用压电传感器测量得到 2kHz (0.5mS) 的加速度信号在用数卡前是否还要对信号进行调理?
　　我想问一下你自己是否动手做了实验?你的电信号多大?你觉得信号需要进行调理的目的又是为什么?说实在即使再有经验的测试工程师也无法回答你的问题。
　　我极力推荐你能仔细阅读本版开头“把自己真正的从一个提问者变成一个动手者“的帖子，希望此帖子对你会有帮助。

jojohup33

原帖由 1982yuanf 于 2007-6-5 11:41 发表
还想再问下各位，想测0.5ms左右的加速度信号，如果选用了压电式传感器和电荷放大器的话，还需要添加信号调理吗，还是直接用数采卡采集？

不用了。前面说了，如果你是电荷型的传感器，电荷放大器出来的电压直接进数采。如果是所谓ICP型的，有两种情况，一种是外置的调理器，就像电荷放大器那样，输出进数采，一种是像楼主那样，数采里面带恒流源，你的传感器直接接在数采上。