了解电荷放大器
定义：什么是电荷放大器？
电荷放大器 是一种电子信号调理装置，可将高阻抗电荷输出（以皮库仑，pC 为单位测量）从电荷模式转换为其他模式。 压电加速度计 将信号转换为低阻抗电压输出，以便通过电缆传输并供测量仪器处理。电荷放大器兼具阻抗转换器和放大器的功能，使得电荷模式传感器能够在极端温度和恶劣条件下工作。 IEPE加速度计 将会失败。.
虽然电荷放大器在常规工业监测中已不那么常见（已被更简单的IEPE传感器取代），但对于需要极端温度能力（高于175°C）、核环境或传感器电子器件无法承受的特殊应用而言，电荷放大器仍然至关重要。了解电荷放大器的工作原理对于高温应用至关重要。 振动 监测和历史测量系统。.
工作原理
电荷到电压的转换
- 压电传感器产生的电荷 (Q) 与加速度成正比
- 特殊低噪声电缆电容上收集的电荷
- 电荷放大器利用反馈电容器对电荷进行积分。
- 输出电压 V = Q / C反馈
- 结果：低阻抗电压输出（典型值为±10V满量程）
主要电路特性
- 极高的输入阻抗（>10^12 欧姆）以避免电荷泄漏
- 反馈电容决定增益/灵敏度
- 反馈电阻决定低频响应
- 低噪声设计对于弱信号至关重要
- 针对不同传感器灵敏度提供多种增益设置
充电模式系统的优势
极端温度能力
- 电荷模式传感器的工作温度可达 650°C（有些可达 1000°C）。
- 传感器内部没有电子元件，因此不会因过热而损坏。
- 对排气系统、熔炉、发动机至关重要
- IEPE 最高限制为 ~175°C
抗辐射
- 传感器中没有主动电子元件
- 适用于核环境
- IEPE电子设备受辐射损坏
电缆互换性
- 无需重新校准即可更换电缆长度
- 电荷对电缆电容不敏感（在一定范围内）
- 安装灵活
缺点和挑战
系统复杂性
- 需要单独的外部电荷放大器（成本、体积）
- 组件越多，潜在故障点就越多。
- 设置和配置比IEPE更复杂
电缆要求
- 必须使用专用低噪声电缆
- 电缆运动会产生噪声（摩擦电效应）
- 必须固定电缆以防止振动
- 比标准同轴电缆更贵
- 实际长度限制通常约为100米。
对水分敏感
- 对绝缘电阻敏感的高阻抗
- 潮湿会导致信号漂移或噪声。
- 需要良好的密封性和电缆状况
何时使用充电模式
所需申请
- 高温： >175°C（排气系统、熔炉、窑炉、发动机测试）
- 核环境： 辐射超过电子器件耐受范围
- 爆炸性气体环境： 本质安全型传感器，不含主动电子元件
- 研究： 需要电荷模式特性的专门测试
不建议这样做
- 标准工业监测（请改用 IEPE）
- 在电气噪声环境下进行长距离电缆布线
- 预算限制（电荷放大器价格昂贵）
- 常规状态监测（无需过于复杂）
充电放大器功能
增益/灵敏度设置
- 可调节以匹配传感器灵敏度
- 典型范围：0.1-1000 mV/pC
- 允许使用不同的传感器和同一个放大器
- 必须针对所使用的传感器进行校准。
频率响应控制
- 高通滤波器截止频率可调（典型值 0.1-10 Hz）
- 用于抗混叠的低通滤波器
- 积分/微分函数
- 针对应用需求进行了优化
电缆驱动能力
- 低阻抗输出驱动长电缆连接乐器
- 典型输出为±10V
- 必要时可驱动多个仪器
设置和校准
配置
- 使用低噪声电缆将传感器连接到充电放大器。
- 设置放大器增益以匹配传感器灵敏度
- 设置频率范围（高通滤波器和低通滤波器）
- 将放大器输出连接到测量仪器
- 使用已知激励验证端到端校准
校准验证
- 振动台校准
- 便携式校准器（手持式激励器）
- 与参考传感器进行背靠背比较
- 检查灵敏度和频率响应
现代趋势
使用率下降
- 在大多数应用中，IEPE 已取代充电模式。
- 更简单、成本更低、更易于使用
- 充电模式仅限于特定应用
- 一些设施正在逐步淘汰充电模式系统。
剩余申请
- 高温监测（燃气轮机、发动机）
- 核电站
- 研究实验室
- 需要电荷模式优势的精密测量
- 遗留系统维护
电荷放大器是一种专用信号调理器件，它使电荷模式压电加速度计能够在IEPE传感器无法工作的极端条件下使用。尽管其复杂性和高成本限制了它们的应用范围，但了解电荷放大器的工作原理对于高温振动监测和维护工业设施中的传统测量系统仍然至关重要。.
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