压力测量的压电传感器英文文献和中文翻译(3)

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传感器结构

图1显示了传感器的横截面。压电薄膜的厚度为52μm。压电薄膜具有非常高的阻抗，因此我们使用屏蔽线来最大限度地减少不同来源的60Hz干扰。将屏蔽线焊接到夹子上，然后将夹子牢固地连接到压电膜。这样可以避免熔化薄膜。我们胶合绝缘的聚酯薄膜（42×19×0.4mm）。然后用环氧树脂粘合到压电薄膜的任一侧上，然后用环氧胶粘在金属（42 x 17 x1.2mm）上，为其他软鞋垫提供坚固的背衬。

电路说明

该传感器馈送图2所示的电荷放大器电路。由于需要较少的无源元件，因此在电压放大器上选择电荷放大器。屏蔽线通向M O S B T运算放大器的反相输入。任何压电传感器的最大问题是它不会对稳定的压力作出反应。小放大器偏置电流最终导致饱和。为了防止饱和，最初将高电阻Rf（=112MΩ）放在反馈电容器Cf（= 100nF）上。这使得时间常数为11.2秒，足以记录墙壁数据。当用手指按下时，运算放大器的第一级输出的输出电压范围为8＆100 mV。通过降低反馈电容器的值Cf可以增加该阶段的增益，这意味着Rf的电阻值高得多（这是不切实际的高），以保持约10秒的时间常数（Rfcf）。因此，添加了第二个非反相阶段（增益为40）以放大该信号。由于高电平效应和运算放大器的偏置电流（= 5 PA），最终漂移到饱和状态，存在基线漂移。输出端加上电阻Ro，去耦合负载电容。

我们提出了一种自动开关（CMOS模拟开关），我们用电容器Cf上的机械开关S2模拟。在该开关打开的情况下，输出在大约10小时内漂移到饱和。为了实现1％的误差，我们计划使用微处理器的中断，每6分钟重置一次。我们必须确保当压力为零时发生复位，例如当脚在空气中时。来`自^751论*文-网www.751com.cn

使用5 PA的典型偏置电流，输出将在约22 h内漂移至饱和（r = CfVsat / Ibias）如果我们可以提供等于偏置电流的外部电流（通过闭合图2中的开关S1）的运算放大器，则输出饱和时间会大大增加。最初，我们使用了100 pF的电容（Cf），以便观察输出对饱和度的更快变化（小于1分钟）。然后使用电位计Rp调整外部电流，直到零输出电压漂移被看见。在这种情况下，偏置电流将等于所提供的外部电流。然后，我们用100-nF电容代替100 pF电容，以增加饱和时间1000倍。因此，该电路由于偏置电流而使漂移最小化。

Dario和Buttazzo [4]声称他们可以精确地重构压电传感器的力信号，而且似乎已经取得了很好的效果。他们读取每个传感器两次连续约40 p，他们声称这两个读数之间的差异提供了漂移的度量。在这段时间内，他们假设在40 ps内，与漂移变化相比，力的变化是微不足道的。这只有在输入力变化几乎为零时才是真实的。然而，如果存在这种算法，则在40 ps的时间内出现力变化时，这是正常的情况。