歸一化電壓放大級
利用一增益可調(diào)的運算放大器，使其對不同靈敏度的傳感器具有不同的增益，從而得到歸一化處理。
要改變增益，只需要改變Zf或Zi即可。本儀器中Zf為固定的10kΩ而Zi由三組十進制的精密金屬膜電阻2 R1-9，2R10-18, 2 R19-27組成，當儀器面板上傳感器靈敏度旋到1-0-0時，Zi=1kΩ
增益-A=10kΩ/1kΩ=10，而當旋到10-0-0時，Zi=1kΩ×9+1kΩ=10kΩ，增益-A=10kΩ/10kΩ=1
設(shè)加速度傳感器的靈敏度為40pC/g，并給以10 g振動，若經(jīng)電荷放大級后輸出電壓 為0.4V送至歸一化放大級，此時若傳感器靈敏度設(shè)置成4-0-0，則Zi=4kΩ，本級增益-A=10kΩ/4kΩ=2.5，這樣經(jīng)本級放大后輸出電壓成為0.4V×2.5=1V，也就是指示儀表上1V即為10g，從而達到“歸一化”的目的。
3.4 輸出放大器
本儀器的輸出放大器為1:1運算放大器，能在一定的容性負載下穩(wěn)定工作。
3.5 過載指示
過載指示電路由兩組對稱的觸發(fā)器組成，一組用于正信號，一組用于負信號，大小10μS的脈沖即可使電路動作并延時2秒，指示器的輸入信號從歸一化放大器和輸出放大器兩處分別引出，這樣當任一處輸出電壓>10Vр時，即可使過載指示器動作，指示器為紅色發(fā)光二極管。
3.6 穩(wěn)壓電源
儀器中±15V穩(wěn)壓電源為典型的集成穩(wěn)壓電源，經(jīng)變壓器降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到。

結(jié)構(gòu)特征
本儀器為框架結(jié)構(gòu)，可作單機作用，也可用內(nèi)插或外插方式組合成多通道電荷放大器。機內(nèi)主要元器件分裝于兩塊印制電路板上，調(diào)試維修理均很方便。為在+40℃90%RH環(huán)境下正常工作，高絕緣處均用四氟塑料作絕緣材料，同時進行相應涂復。

電荷放大器原理--結(jié)構(gòu)
電荷放大器主要由電荷變換級、低通濾波器、高通濾波器、末級功放和電源這幾大部分構(gòu)成，其各部分所完成的功能如下:
電荷變換級，電荷放大器的部分，其輸入的是高阻抗低噪聲信號，運用的是低漂移寬帶精密運算放大器。其反饋電容Cf1具有101pF、102pF、103pF、104pF四個檔位，反饋到輸入端后的有效電容可通過公式C =(1+K)Cf1計算得出(其中，K為開環(huán)增益，常取106倍)。
低通濾波器，電荷放大器的第二部分，一般情況下使用的是二階巴特沃斯有源濾波器，其具有通帶平坦、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點，且對高頻干擾信號的消除具有較高的可靠性。
高通濾波器，電荷放大器的第三部分，一般情況下使用的是二階無源高通濾波器，可對低頻干擾信號進行有效的濾除。
末級功放，電荷放大器的第四部分，主要用于完成對有用信號的放大。
電源，不是電荷放大器串聯(lián)流程中的一部分，但卻是其工作所不可缺失的，主要用于為電荷放大器提供能量。其將220V電壓經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等幾個環(huán)節(jié)后得到電荷放大器工作所需的15V電壓。

1.多數(shù)傳感器的感應部分能將機械量轉(zhuǎn)變成微弱的電荷量Q，而且輸出阻抗Ra。而通過適配電荷放大器就將此微弱電荷變換成與其成正比的電壓，并將高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩埂a 配接傳感器自身電容一般為數(shù)千pF，1/2 RaCa決定傳感器低頻下限。
Cc 傳感器輸出低噪聲電纜電容。一般采用的導線值為100-300pF/米。
Ci 運算放大器A1輸入電容典型值3pF 。
2.電荷變換級A1，采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運算放大器。反饋電容Cf1有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。根據(jù)米勒定理，反饋電容折合到輸入端的有效電容量是C =(1+K)Cf1。其中K為A1開環(huán)增益典型值為120dB，即106倍。Cf1取100pF小時C約為108pF。假設(shè)傳感器輸入低噪聲電纜長度為1000米，則Cc為95000pF。假設(shè)傳感器Ca為5000pF，則CaCcCiC并聯(lián)后CaCcCi總電容約為105pF，三者總電容與C相比105pF/108pF = 1/1000。換句話說5000pF自身電容的傳感器輸出電纜1000米，折合到反饋電容也只影響Cf1 0.1%的精度，而電荷變換級的輸出電壓為傳感器輸出電荷Q / 反饋電容Cf1，因此也只影響輸出電壓0.1%的精度。
電荷變換級的輸出電壓為Q / Cf1，所以當反饋電容分別為101pF、102pF103pF、104pF時,其輸出分別為10mV/pC、1mV/pC。0.1mV/pC。0.01mV/pC。
3.低通濾波器
以A3為核心組成二階巴特沃斯有源濾波器，元件少，調(diào)節(jié)方便，通帶平坦，可有效地消除高頻干擾信號對有用信號的影響。
4.高通濾波器
二階無源高通濾波器可有效地抑制低頻干擾信號對有用信號的影響。
5.末級功放
以A4為核心組成增益，輸出短路保護精度高。
6.程控和面板控制參數(shù)
為了實現(xiàn)對靈敏度、濾波常數(shù)的調(diào)整，我們設(shè)計了利用USB接口的計算機程控系統(tǒng)，可以通過計算機對相應參數(shù)進行調(diào)整，同時面板也可以進行顯示和調(diào)整。
7.過荷級
以A9為核心當輸出電壓大于10Vp時,前面板紅色發(fā)光二級管LED閃亮。此時信號發(fā)生削頂失真，應降低增益或查找故障。
8.電源
儀器的工作電壓為15V。它由AC220V 50Hz經(jīng)變壓器降壓整流濾波，再經(jīng)可調(diào)集成穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后得到。

關(guān)于接地：
為防止共地干擾，測量系統(tǒng)的接地問題十分重視，一般應使用交流只有一個接地點，以避免形成地回路，否則可能使儀器輸出端出現(xiàn)很大的噪聲（交流聲）。可根據(jù)具體情況實地試驗，仔細選擇噪聲小的接地方案。

面板圖。
1. 過載指示
指示儀器輸出峰值是否超過5Vp
2. HPF及 A，V，D開關(guān)：
用于選擇單位額定機械量及下限頻率，它們分別是：加速度（mS-2），對應下限頻率有“0.3，1Hz”；速度（mS-1），對應下限頻率有“1，10Hz”；位移（mm），對應下限頻率有“1，10Hz”。在測量時，正確選用下限頻率（高通濾波器），可抑制低頻干擾信號，提高信噪比。
3. 電荷輸入
接傳感器輸出的電荷信號。切不可從電荷輸入端接入電壓信號。
4. 小數(shù)點