一种新型高性能IEPE加速度传感器

徐宝峰

(江苏联能电子技术有限公司，江苏扬州，225007)

1 工作原理

该IEPE 加速度传感器由压电传感器、电荷放大电路、电压放大电路三部分组成。电荷放大电路部分是将压电陶瓷的高输出阻抗的电荷信号转换成低阻抗的电压信号。电压放大电路部分产生偏置电压Vbias，电荷放大电路与电压放大电路通过电容耦合。

1.1 偏置电阻产生的噪声

IEPE 电路中，MOS 管的偏置电阻Rb与反馈电容Cf并联。偏置电阻噪声除了与Rb之外，还与电路的放大倍数相关。

从上述公式可以得到，增大Rb和Cp的值，可以减小偏置电阻噪声。R b通常是GΩ 级别的阻值，本电路中，R b取1GΩ。在1Hz 的频率下，nR约为

1.2 栅极电流噪声

理想的状态下，MOS 管的栅极是没有电流流过的，但是实际却有nA 级别的栅极漏电流IGSS存在，这就是栅极电流噪声的来源。由于输入端是高阻抗的容性负载，则可得：

从上述公式可以得到,MOS 管的栅极漏电流IGSS对于栅极电流噪声有很大的比重。因此在选择MOS 管型号的时候，必须选择超低IGSS。本设计方案选择的是BSS84,其IGSS在常温下为10nA,在众多小信号处理的MOS 管中是非常小的。在1Hz 的频率下，n l约为

1.3 传感器电路总噪声

结合PE 传感器与电路部分的噪声，IEPE 加速度传感器的总噪声可表达为:

图1 IEPE 传感器的原理框图

2 频率响应

IEPE 类加速度传感器的频率响应的优劣主要取决于压电陶瓷的组装结构及与外壳的组装方式。该传感器采用三角剪切的组装结构，具有很好的频率响应特性。除此之外，三角剪切的组装结构还拥有低基座应变灵敏度、低热释电效应灵敏度和良好的温度稳定性。……