[工學(xué)]壓電式傳感器(已修改)
2024-10-30 23:49 本頁面
【正文】 壓電傳感器的等效電路 當(dāng)壓電晶體承受應(yīng)力作用時(shí) ， 在它的兩個(gè)極面上出現(xiàn)極性相反但電量相等的電荷 。故可把壓電傳感器看成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)的電荷發(fā)生器 。 0raAAC ???????q Ca 其電容量為： 當(dāng)兩極板聚集異性電荷時(shí)，板間就呈現(xiàn)出一定的電壓，其大小為 aa CqU ?因此，壓電傳感器還可以等效為電壓源 Ua和一個(gè)電容器 Ca的 串聯(lián)電路。 Ua Ca 圖 壓電傳感器的等效電路 （ a） 電壓源 。 （ b） 電荷源 CauaCaq( a ) ( b )實(shí)際使用時(shí)，壓電傳感器通過導(dǎo)線與測量儀器相連接，連接導(dǎo)線的等效電容 CC、前臵放大器的輸入電阻 Ri、輸入電容 Ci對電路的影響就必須一起考慮進(jìn)去。當(dāng)考慮了壓電元件的絕緣電阻 Ra以后，壓電傳感器完整的等效電路可表示成下圖所示的電壓等效電路（ a）和電荷等效電路（ b）。這兩種等效電路是完全等效的。 圖 壓電傳感器的完整等效電路 （ a） 電壓源 。 （ b） 電荷源 UaCaRaCcRiCiq RaCcRiCiCe( a ) ( b ) 壓電式傳感器的測量電路 壓電式傳感器本身的內(nèi)阻很高(Ra≥1010Ω)，而輸出的能量信號(hào)又非常微弱，因此通常先把傳感器信號(hào)輸入到高輸入阻抗的前臵放大器中，方可用一般的放大檢波電路再將信號(hào)輸入到指示儀表或記錄器中。 前臵放大器的作用：一是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是放大傳感器輸出的微弱電信號(hào)。 前臵放大器電路有兩種形式：一是用電阻反饋的 電壓放大器 ，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出 )成正比；另一種是用帶電容板反饋的 電荷放大器 ，其輸出電壓與輸入電荷成正比。由于電荷放大器電路的電纜長度變化的影響不大，幾乎可以忽略不計(jì)，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。 圖 壓電傳感器接放大器的等效電路 （ a） 放大器電路 。 （ b） 等效電路 1. 電壓放大器（阻抗變換器） 在上圖 （ b） 中 ， 電阻 R=RaRi/(Ra+Ri),電容 C=Cc+Ci， 而 ua=q/Ca， 若壓電元件受正弦力 f=Fm sinωt的作用 ， 則其電壓為 tUtCdFUmama ?? s i ns i n ???式中： Um—— 壓電元件輸出電壓幅值， Um=dFm/Ca； d—— 壓電系數(shù)。 由此可得放大器輸入端電壓 Ui，其復(fù)數(shù)形式為 F 1 ( )iajRUdj R C C??? ??Ui的幅值 Uim . 2 2 2()1 ( )mima c idF RUR C C C?????
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