压电薄膜传感器：原理、电路设计与加速度测量应用

本文详细介绍了压电薄膜传感器的设计原理及其在加速度计中的应用。加速度计是一种重要的传感器，它能够测量物体的速度变化率即加速度，以及物体相对于地球表面的倾斜度。倾斜度测量通常被视为稳态测量，而加速度在实际情况下通常是短暂的。压电薄膜传感器作为关键组件，其工作原理是基于压电效应，当机械力作用于传感器时，会转换为电信号。 在非倾斜应用中，压电传感器常常与电容并联构成一个等效电路，电容值一般在几百皮法到几纳法之间。这个等效电路与后续放大或缓冲电路中的分流电阻一起形成一个单极高通滤波器（HPF），时间常数的长短决定了能测量加速度的时间窗口。为了减小噪声和保护电路，电路设计中通常采用高阻值的R1（如1GΩ），以防止过压并对运放输入造成损害，同时也能减小信号幅值。R2作为输入分流电阻，它的存在是为了处理微小的泄漏电流，如1pA，从而产生1mV的偏置电压，保证运放的稳定工作。 运放的选择至关重要，文章推荐使用具有超低输入偏置/泄漏电流的ISL28158或其他类似器件，如ISL28158，该运放以+5VDC供电。电路的直流增益通过R3和R4设置，此处为+2V/V。此外，1μF的电容器C3作为低通滤波器，有助于减少电路对高频噪声的敏感性，确保测量结果的准确性。 总结来说，本文深入剖析了压电薄膜传感器在加速度计电路中的角色，包括其在测量过程中的作用、等效电路的设计细节、滤波器的选择以及对运放性能的要求，为理解和设计这类传感器提供了全面的技术指导。