一、引言

压电式传感器作为一种重要的测量设备，广泛应用于各种动态力的测量中，由于其输出信号通常非常微弱，需要通过前置放大器进行放大和处理，以便后续电路能够准确地分析和处理这些信号，前置放大器在压电式传感器系统中扮演着至关重要的角色，它不仅能够提高信号的信噪比，还能实现阻抗匹配、噪声抑制和稳定性增强等功能，本文将详细介绍压电式传感器前置放大器的两种主要形式：电压放大器和电荷放大器。

二、电压放大器

基本原理

电压放大器是压电式传感器常用的一种前置放大电路，它的输入端直接与压电传感器的输出端相连，通过运算放大器对传感器输出的电压信号进行放大，电压放大器的工作原理基于运算放大器的差分放大特性，通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现不同的放大倍数。

优点

高输入阻抗：电压放大器具有很高的输入阻抗，能够减小对压电传感器输出信号的负载效应，确保传感器输出信号的准确性。

简单易用：电压放大器的电路结构相对简单，易于设计和调试。

适用于低频测量：在低频范围内，电压放大器的性能较为稳定，能够满足大多数测量需求。

缺点

受分布电容影响：电压放大器的输入电压与连接线路的分布电容Cc有关，当连接线路的长度改变时，分布电容Cc随之改变，输入电压Ui也随之改变，这会影响放大效果的稳定性。

不适用于高频测量：在高频范围内，由于分布电容的影响更加显著，电压放大器的性能会下降。

应用场合

电压放大器适用于那些对低频响应要求较高、且连接线路较短的测量场合，在一些静态或准静态的力测量系统中，电压放大器可以提供稳定且可靠的放大效果。

三、电荷放大器

基本原理

电荷放大器是另一种常用的压电式传感器前置放大电路，它的输入端与压电传感器的输出端相连，并通过一个反馈电容将传感器输出的电荷信号转换为电压信号进行放大，电荷放大器的工作原理基于电荷守恒定律，通过调整反馈电容的值，可以实现不同的放大倍数。

优点

低阻抗输出：电荷放大器的输出阻抗较低，有利于长距离传输和与后续电路的匹配。

稳定性好：由于电荷放大器的放大倍数仅与反馈电容有关，而与连接线路的分布电容无关，因此它具有更好的稳定性。

适用于高频测量：在高频范围内，电荷放大器的性能依然稳定可靠。

缺点

电路复杂：相比电压放大器，电荷放大器的电路结构较为复杂，设计和调试难度较大。

成本较高：由于电路复杂性增加，电荷放大器的成本也相对较高。

应用场合

电荷放大器适用于那些对高频响应要求较高、且需要长距离传输的测量场合，在一些动态力或振动测量系统中，电荷放大器可以提供更加准确和稳定的放大效果，在高温、强磁场等恶劣环境下工作的压电式传感器系统也常采用电荷放大器作为前置放大电路。

四、结论

压电式传感器配套的前置放大器主要有电压放大器和电荷放大器两种形式，在选择前置放大器时，需要根据具体的测量需求和工作环境进行综合考虑，对于低频响应要求较高、且连接线路较短的测量场合，可以选择电压放大器；而对于高频响应要求较高、且需要长距离传输的测量场合，则应选择电荷放大器，无论选择哪种形式的前置放大器，都需要注意其与压电传感器之间的匹配性和兼容性问题，以确保整个测量系统的准确性和可靠性。