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^优尔论*文-网www.youerw.com

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。

 


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