用于位于內(nèi)燃機(jī)中的壓電傳感器的經(jīng)改進(jìn)的測量放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于位于內(nèi)燃機(jī)中的壓電傳感器的經(jīng)改進(jìn)的測量放大器電路。本發(fā)明 更特別地但非排他地適合于內(nèi)燃機(jī)中壓力測量的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖1示意性地表示位于內(nèi)燃機(jī)的汽缸110內(nèi)部的壓電壓力傳感器100。發(fā)動(dòng)機(jī)的 汽缸110連接到發(fā)動(dòng)機(jī)接地(masse)。傳感器100測量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的壓力。所述壓 電壓力傳感器100遞送待測量信號(hào)Sc (在圖1中未表示)。該待測量信號(hào)Sc是差動(dòng)的并且 對(duì)應(yīng)于與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中存在的壓力成比例的電荷。
[0003] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，傳感器100相關(guān)聯(lián)于測量放大器電路200,其使得能夠放大待測量 信號(hào)Sc (參見圖2)。所述電路200包括差動(dòng)放大器210、共模（mode commun)電壓生成模 塊220 (以下標(biāo)明為發(fā)生器模塊220)以及減法模塊230。
[0004] 差動(dòng)放大器210是在傳感器100和減法模塊230之間的中間模塊，其實(shí)現(xiàn)阻抗適 配和電荷到電壓的轉(zhuǎn)換。為此，所述差動(dòng)放大器210包括分別連接到傳感器100的第一端 子101和第二端子102的兩個(gè)輸入端Inl和In2,連接到發(fā)生器模塊220的兩個(gè)輸入端Ipl 和Ip2,以及連接到減法模塊230的兩個(gè)輸出端Oul和0u2。發(fā)生器模塊220連接到電壓源 VDD，并且遞送直流（continu)共模電壓信號(hào)Vcmc (其等于電壓VDD除以二）到被連接至發(fā) 生器模塊220的輸入端Ipl和Ip2。理論上，傳感器100在連接到傳感器100的差動(dòng)放大器 210的輸入端Inl上以電荷的形式遞送第一信號(hào)Scl，并且在連接到傳感器100的差動(dòng)放大 器210的另一輸入端In2上以電荷的形式遞送第二信號(hào)Sc2。待測量信號(hào)Sc對(duì)應(yīng)于在由 傳感器100遞送的第一信號(hào)Scl和由傳感器100遞送的第二信號(hào)Sc2之間的差。差動(dòng)放大 器210的第一輸出端Oul遞送第一輸出信號(hào)Sol，其對(duì)應(yīng)于與傳感器100所遞送的第一信號(hào) Scl的電荷等同的電壓，并且差動(dòng)放大器210的第二輸出端0u2遞送第二輸出信號(hào)S〇2,該 信號(hào)對(duì)應(yīng)于與傳感器100所遞送的第二信號(hào)Sc2的電荷等同的電壓。
[0005] 減法模塊230使得能夠放大信號(hào)So (未表示)，所述信號(hào)So對(duì)應(yīng)于在第二輸出信 號(hào)S〇2和第一輸出信號(hào)Sol之間的電勢(shì)差。此外，模塊230拋棄所述輸出信號(hào)Sol和S 〇2 的共同部分。
[0006] 然而，實(shí)際上，對(duì)應(yīng)于寄生電荷的第一寄生信號(hào)Spl和第二寄生信號(hào)Sp2分別來疊 加至傳感器100所遞送的第一信號(hào)Scl和第二信號(hào)Sc2。信號(hào)Spl以以下形式呈現(xiàn)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于位于內(nèi)燃機(jī)中的、遞送待測量信號(hào)（Sc)的壓電傳感器（100)的測量放大器電路 (400)，所述電路包括： ?共模電壓生成模塊（420)， ?差動(dòng)放大器（410)，其包括第一運(yùn)算放大器（411)，所述第一運(yùn)算放大器具有連接到 壓電傳感器（100)的第一端子（101)的第一輸入端（E1-)、連接到共模電壓生成模塊（420) 的輸出端的第二輸入端（E1+) W及輸出端（S1)，所述差動(dòng)放大器（410)包括第二運(yùn)算放大 器（415)，所述第二運(yùn)算放大器具有連接到壓電傳感器（100)的第二端子（102)的第一輸入 端（E2-)、連接到共模電壓生成模塊（420)的輸出端的第二輸入端（E化）W及輸出端（S2)， ?減法模塊（430 )，其包括運(yùn)算放大器（431 )，所述運(yùn)算放大器（431)連接到差動(dòng)放大器 (410)的第一和第二運(yùn)算放大器（411，415)的輸出端（S1，S2)， 其特征在于，共模電壓生成模塊（420)用于連接到發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111)，所述共模電壓生成 模塊（420 )被適配成遞送共模電壓信號(hào)（Vcm)，其再現(xiàn)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111)接收的發(fā)動(dòng)機(jī) 信號(hào)（Sb)的變動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，共模電壓生成模塊（420)包括高通濾波器 (425)，其用于連接到發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111)，所述高通濾波器（425)被適配成消去從所述發(fā)動(dòng)機(jī) 壁（111)接收的發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb )的直流分量并且讓其頻率被包括在待測量信號(hào)（Sc )的有 用頻帶中的所述發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb)的至少一部分變動(dòng)通過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，共模電壓生成模塊（420)的高通濾波器 (425)包括第一電阻（421 )、第二電阻（422)和電容元件（423)，所述電容元件（423)的第一 端子連接到電阻（421、422)，并且其第二端子用于連接到發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于： ?第一電阻（421)的第一端子連接到電壓源（VDD)， ?第一電阻（421)的第二端子連接到第二電阻（422)的第一端子、連接到電容元件 (423)的第一端子并且連接到共模電壓生成模塊（420)的輸出端， ?第二電阻（422)的第二端子連接到電氣接地（140)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中之一所述的電路，其特征在于，高通濾波器（425)包括截止頻 率（Fc)，所述截止頻率小于待測量信號(hào)（Sc)的有用頻帶的最小頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中之一所述的電路，其特征在于，CEM濾波器（427)與共模電壓 生成模塊（420)串聯(lián)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中之一所述的電路，其特征在于： ?差動(dòng)放大器（410)的第一運(yùn)算放大器（411)的輸出端（S1)通過負(fù)反饋環(huán)路而連接到 所述第一運(yùn)算放大器（411)的第一輸入端（E1-)，所述負(fù)反饋環(huán)路包括與電阻（413)并聯(lián)連 接的電容元件（412)， ?差動(dòng)放大器（410)的第二運(yùn)算放大器（415)的輸出端（S2)通過負(fù)反饋環(huán)路而連接到 所述第二運(yùn)算放大器（415)的第一輸入端（E2-)，所述負(fù)反饋環(huán)路包括與電阻（417)并聯(lián)連 接的電容元件（416)。
8. 用于位于內(nèi)燃機(jī)中的壓電傳感器（100)的測量放大方法，其用于通過根據(jù)權(quán)利要求 1至7中之一所述的電路實(shí)施，其特征在于，其包括在于W下各項(xiàng)的步驟： a)向差動(dòng)放大器（410)的第一運(yùn)算放大器（411)的第一輸入端（E1-)遞送（500)第一 有噪聲信號(hào)（Scpl)并且向差動(dòng)放大器（410)的第二運(yùn)算放大器（411)的第一輸入端（E2-) 遞送第二有噪聲信號(hào)（Scp2)， ?每個(gè)有噪聲的信號(hào)（Scpl，Scp2)是傳感器的信號(hào)（Scl，Sc2)與寄生信號(hào)（Spl，Sp2) 的疊加， ?在傳感器信號(hào)（Scl，Sc2)之間的差對(duì)應(yīng)于待測量信號(hào)（Sc)， b)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb，訊f)進(jìn)行濾波（503)，W便產(chǎn)生遵循發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb，訊f)的變 動(dòng)的共模電壓信號(hào)（Vcm)， C)將共模電壓信號(hào)（Vcm)施加（504)到差動(dòng)放大器（410)的每個(gè)運(yùn)算放大器（411， 415)的第二輸入端（E1+，E化)，W使得維持寄生電容元件（120, 130)的端子處的固定電壓 (Vcl，Vc2)，W便寄生電容元件（120, 130)不發(fā)射寄生電荷（C1，C2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其在步驟C)之后包括在于W下各項(xiàng)的步 驟： d) 從差動(dòng)放大器（410)的第二放大器（415)的輸出端處獲得的第二輸出信號(hào)（St2) 中減去（505)在差動(dòng)放大器（410)的第一放大器（411)的輸出端處獲得的第一輸出信號(hào) (Stl)，W便獲得待放大的信號(hào)（St)，其對(duì)應(yīng)于沒有寄生信號(hào)的待測量信號(hào)（Sc)， e) 放大（506)所述待放大信號(hào)（St)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，其在步驟b)之前包括在于W下各項(xiàng) 的步驟： f) 針對(duì)大于頻率闊值（Sn)的頻率，對(duì)第一和第二有噪聲的信號(hào)（Scpl，Scp2)進(jìn)行濾 波（501)， g) 針對(duì)大于頻率闊值（sn)的頻率，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb)進(jìn)行濾波（502)。
【專利摘要】本發(fā)明本質(zhì)上涉及用于位于內(nèi)燃機(jī)中的、遞送待測量信號(hào)的壓電傳感器（100）的測量放大器電路（400），所述電路包括：·共模電壓生成模塊（420），·差動(dòng)放大器（410），·減法模塊（430），其特征在于，共模電壓生成模塊（420）用于連接到發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111），所述共模電壓生成模塊（420）被適配成遞送共模電壓信號(hào)（Vcm），其再現(xiàn)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)壁（111）接收的發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)（Sb）的變動(dòng)。
【IPC分類】G01L23-22, G01L23-10
【公開號(hào)】CN104685331
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380052027
【發(fā)明人】D.米拉蘇
【申請(qǐng)人】法國大陸汽車公司, 大陸汽車有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年8月26日
【公告號(hào)】EP2904364A1, WO2014053205A1