石英撓性加速度計(jì)作為一種成熟的高精度慣性加速度計(jì)，可以輸出10^-5g~幾十個(gè)g的加速度信息，為了保證系統(tǒng)的整體精度，相應(yīng)的加速度計(jì)采集電路也應(yīng)盡量降低自身引入的誤差并提高數(shù)據(jù)采集性能。

由于石英撓性加速度計(jì)采用模擬控制方式輸出電流信號，而現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，要求采集的信號為數(shù)字信號，因此需要將這種模擬電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，隨著石英撓性加速度計(jì)精度的提高，能不失真的還原石英撓性加速度計(jì)的精度，高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)尤為重要。

目前有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)這種模數(shù)轉(zhuǎn)換，分別是A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換和通過將電流信號調(diào)理為頻率信號，再通過計(jì)頻，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，即I/F轉(zhuǎn)換。當(dāng)采用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)，需要一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，為了提高石英撓性加速度計(jì)數(shù)據(jù)采集電路的性能，作為加速度采集系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，電流電壓轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)造成的誤差不可忽略，選擇合適的轉(zhuǎn)換方式對提高整個(gè)慣性系統(tǒng)的精度起到重要的作用。

   在電流電壓轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，需要精密低溫漂采樣電阻負(fù)載，這樣會(huì)帶來負(fù)載效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)是指由電流、電壓轉(zhuǎn)換帶來的加速度計(jì)輸出電流的分流作用，它不僅會(huì)影響到轉(zhuǎn)換的精度，還會(huì)影響轉(zhuǎn)換速率。

    目前常用的電流電壓轉(zhuǎn)換為直接轉(zhuǎn)換、儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換和電流電壓轉(zhuǎn)換器，下面對這3種轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行對比分析

1直接轉(zhuǎn)換

圖1 直接轉(zhuǎn)換阻抗等效圖

注：輸入電阻Ri為后級無源低通濾波器等效阻抗或有源低通濾波器輸入阻抗

  根據(jù)基爾霍夫電流定律，Io=Is+Ii,這樣就會(huì)使輸出電壓Vout比理論值偏小，

實(shí)際測量

當(dāng)輸入電阻Ri越小，則輸出電壓偏差越大。實(shí)際測量值僅為理論值的比例σ為

假如采樣電阻Rs為1KΩ，輸入電阻Ri為50kΩ，則實(shí)際測量值僅為理論值的比例為98.04%。

2儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換

圖2 儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換示意圖

同樣的，儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換也可以等效為圖3的阻抗等效圖。

圖3儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換阻抗等效示意圖

當(dāng)采用儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換方式時(shí)，器件的選型對轉(zhuǎn)換精度影響極大，普通的儀表運(yùn)算放大器輸入電阻為幾百MΩ，而高性能的儀表運(yùn)算放大器輸入阻抗可以達(dá)到10GΩ~100GΩ,此時(shí)，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)換精度達(dá)到理想值。

另外，儀表運(yùn)算放大器可以通過REF端進(jìn)行調(diào)零（低阻抗輸入），減小系統(tǒng)零位，提高測量精度。

3 電流電壓轉(zhuǎn)換器

由于高精度的運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電流很小，我們可以認(rèn)為Ii=Io，因此電流電壓轉(zhuǎn)換器可以消除負(fù)載效應(yīng)帶來誤差的影響，轉(zhuǎn)換精度接近100%。

采用電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換方法時(shí)，加表的輸出端L-始終工作在“虛地”點(diǎn)，這樣可以提高加表抗震動(dòng)沖擊的能力，工作線性范圍變大，增強(qiáng)加表在惡劣環(huán)境下的生存能力。

采用電流電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要選用失調(diào)電流小，壓擺率高，輸出電流能力強(qiáng)的運(yùn)算放大器，另外電流電壓轉(zhuǎn)換器可以起到低通濾波器的作用，在加速度輸出的低頻范圍內(nèi)，選擇合適的電阻電容，可以忽略它對輸出的影響，同時(shí)起到低通濾波器的作用。

綜上所述，直接轉(zhuǎn)換誤差太大，不建議使用，差分放大器轉(zhuǎn)換和電流電壓轉(zhuǎn)換器都可消除負(fù)載效應(yīng)，而且對靈敏度影響較小。

針對客戶需求，我公司開發(fā)了HJGM001（儀表運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換方式）和三軸加表I-V轉(zhuǎn)換電路模塊（電流電壓轉(zhuǎn)換器方式）兩款產(chǎn)品，歡迎大家選購！