【正文】 有頻率 。 結(jié)構(gòu)簡單 ,裝配較為方便 。 管式壓電元件 (極化方向平行于軸線 ,電極面在內(nèi)外圓柱面上 )緊套在金屬圓柱上 ,在壓電元件外徑上再套上慣性質(zhì)量塊 ,相互之間用導(dǎo)電膠粘結(jié) 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 25 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 剪切式壓電傳感器容易小型化 ,有很高的固有頻率 ,所以頻響范圍寬 ,適于測量高頻振動 。 振動時 ,懸臂梁彎曲 ,側(cè)面受到拉伸壓縮 ,使壓電元件發(fā)生形變 ,從而輸出電信號 。 ? 采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選用不同性能的壓電材料 ,可以得到滿足各種使用要求的壓電加速度傳感器。 當(dāng)它受到外力作用時 ,就會在電極上產(chǎn)生電荷 ,因此 ,可以把壓電式傳感器等效為一個電荷源與一個電容并聯(lián)的電荷發(fā)生器 ,等效電路如圖 (a)所示 。 這樣在等效電路中就必須將前置放大器的輸入電阻 Ri、 輸入電容 Ci,以及低噪聲電纜的電容 Cc包括進(jìn)去 。 (b)電壓等效電路 ＋－CdRdCcRiCiCdRdCcRiCiUq( a ) ( b )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 35 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電傳感器的測量電路 ? 1. 電壓放大器 壓電傳感器相當(dāng)于一個靜電荷發(fā)生器或電容器 ,為了盡可能保持壓電傳感器的輸出電壓（或電荷）不變 ,要求電壓放大器應(yīng)具有很高的輸入阻抗（大于1000MΩ）和很低的輸出阻抗（小于 100Ω）。 ? ])(a r c t a n [2 RCCC icd ???? ???() ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 41 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 2. 電荷放大器 電荷放大器是一個具有反饋電容 Cf的高增益運(yùn)算放大器。另外 ,考慮到電容負(fù)反饋支路在直流工作時相當(dāng)于開路 ,對電纜噪聲比較敏感 ,放大器零漂較大 ,因此 ,為了提高放大器的工作穩(wěn)定性 ,一般在反饋電容的兩端并聯(lián)一個大電阻 Rf（約 1010～ 1014Ω） ,以提供直流反饋。 前置放大器的主要作用是將壓電傳感器的高阻抗輸出變換成低阻抗輸出 ,也起放大弱信號的作用 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 45 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ?按照壓電式傳感器的工作原理及其等效電路 ,傳感器可看成電壓發(fā)生器 ,也可看成電荷生器。而使用電荷放大器時 ,電纜長度變化的影響差不多可以忽略不計 ,允許使用很長的電纜 ,但它與電壓放大器比較 ,價格要高得多 ,電路也比較復(fù)雜 ,調(diào)整又比較困難 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 46 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電諧振式傳感器 ? 石英晶體諧振式溫度傳感器 ? ? 壓電諧振式傳感器是利用壓電晶體諧振器的共振頻率隨被測物理量變化而變化進(jìn)行測量的 。 ） 切型 ,表示晶體的厚度方向平行于 X軸 ,晶片面與 X軸垂直 ,不繞任何坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn) ,簡稱 X切 ,如圖 (a)所示 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 48 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 49 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 壓電陶瓷的特點是： 壓電常數(shù)大 ,靈敏度高；制造工藝成熟 ,可通過合理配方和摻雜等人工控制方法來達(dá)到所要求的性能；成形工藝性好 ,成本低廉 ,利于廣泛應(yīng)用 。 ? 另一種著名的壓電陶瓷是鋯鈦酸鉛 （ PZT） 壓電陶瓷 ,它是由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固熔體 。 它不需要人工極化處理 ,沒有熱釋電效應(yīng) ,介電常數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好 ,在常溫范圍內(nèi) ,這兩個參數(shù)幾乎不隨溫度變化 。 ? 石英晶體的缺點是壓電常數(shù)較小 ,因此 ,它大多只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器 、 高精度傳感器或使用溫度較高的傳感器中用作壓電元件 ，在一般要求測量用的壓電式傳感器中 ， 則基本上采用壓電陶瓷 。它是單晶但不是單疇結(jié)構(gòu)。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 52 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 當(dāng)電極上加上電激勵信號時 , ? 利用逆壓電效應(yīng) ,振子將按其固有共振頻率或其泛音產(chǎn)生機(jī)械振動 ,與此同時按照正壓電效應(yīng)電極板上又將出現(xiàn)交變電荷 ,通過與外電路連接的電極對振子予以適當(dāng)?shù)哪芰垦a(bǔ)充 ,便可構(gòu)成使電和機(jī)械的振蕩等幅地持續(xù)下去的振蕩電路。 因此 ,既可用其壓電特性研制傳感器 ,又可用其半導(dǎo)體特性制作電子器件；也可以兩者結(jié)合 ,集敏感元件與電子線路于一體 ,研制新型集成壓電傳感器測試 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 54 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 2. 有機(jī)高分子壓電材料 ? 某些合成高分子聚合物（如聚氟乙烯（ PVF）、聚偏二氟乙烯（ PVF2）、聚氯乙烯（ PVC）等） ,經(jīng)延展拉伸和電極化后可形成具有壓電性高分子的壓電材料。 α晶型沒有壓電效應(yīng)。當(dāng)薄膜受外力作用時 ,剩余極化強(qiáng)度改變 ,薄膜呈現(xiàn)出壓電效應(yīng)。 總的溫度系數(shù)可以從 20 106/176。 C。 例如 ,要求溫度變化 1176。 10′/9176。 為了降低熱惰性 ,壓電元件置于外殼的上蓋附近 ,使其與上蓋的間隙盡量小 。 C,溫度頻率特性的非線性為 176。 該測溫儀能夠進(jìn)行 T1和 T2兩路的溫度測量 ,還能確定溫差 T1T2,轉(zhuǎn)換分辨率選擇開關(guān) ,可按 10 103或 104176。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 64 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 測溫儀電路框圖 熱敏振 蕩 器熱敏振 蕩 器選擇開關(guān)混 頻 器 計 數(shù) 器 1 0基準(zhǔn)振 蕩 器分 頻 器 門T2T1T1－ T210－ 210－ 310－ 4測 量 方 式 分 辨 能 力 ( ℃ )符號顯示進(jìn) 入 數(shù) 字 顯 示 器＋－差拍輸出數(shù)字輸出f ( T1) 或 f ( T2) f ( T2) 或 f0 1 0 f ( T2)≈ 2 8 M H z2 . 8 M H z f ( T1) ≈ 2 8 M H zT1T2f0? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 65 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 振動和檢測 ? 振動的監(jiān)控 、 檢測是壓電傳感器應(yīng)用的典型 。 眾多的壓電加速度傳感器分布在軸承等高速旋轉(zhuǎn)的要害部位 ,并用螺栓剛性固定在振動體上 。 ? 由這個公式可見 ,通過選用較大的 m和 d就能提高靈敏度 。它具有瞬發(fā)度高、安全可靠、不需要配置電源等特點 ,常應(yīng)用于破甲彈上 ,對提高彈丸的破甲能力起著極其重要的作用。壓電引信的原理電路如圖所示。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 69 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 破甲彈上的壓電引信的結(jié)構(gòu) ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 70 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電引信原理電路 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 71 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電式料位測量系統(tǒng) ? 壓電式料位測量系統(tǒng)原理電路如圖所示。振蕩器的振蕩頻率是壓電晶體的自振頻率 ,振蕩信號經(jīng) C2耦合到整流器。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 72 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電式料位測量系統(tǒng)原理電路 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 73 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 當(dāng)沒有物料接觸到壓電晶體時 ,振蕩器正常振蕩 ,經(jīng)調(diào)整 RP使電壓比較器同相輸入端的電壓大于參考電壓 ,故電壓比較器輸出為高電平 ,這個高電平使 V導(dǎo)通 。該系統(tǒng)實際上可起到料位開關(guān)的作用。 ? 壓電傳感器在實際應(yīng)用中 ,地線的連接也十分重要。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 75 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電傳感器實際應(yīng)用中一點接地示意圖 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 76 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 壓電汞蒸氣探測器 ? 石英晶片的共振頻率 f因附加到其上的質(zhì)量的增減而變化 ,即 622 .3 1 0 mffA?? ? ? ? 式中 ,Δf是共振頻率的變化 (Hz),Δm是涂層吸附的附加質(zhì)量 (g),A是涂層面積 (cm2)。 一實驗裝置用 9MHz的 AT切石英晶片 ,用真空沉積法在電極上沉積金膜 ,裝在晶體盒內(nèi) ,作為敏感元件 。 音叉由不銹鋼管制作 ,其 Q值高達(dá) 800,接近一般音叉 ,可滿足檢測共振頻率微小變化的需要 。 由微型計算機(jī)控制的頻率發(fā)生器激勵傳感器振動 ,晶片接收的信號經(jīng)A/D變換后輸給微型計算機(jī) ,由微型計算機(jī)算出頻率和密度 ,最后傳輸給顯示器顯示 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 82 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 測量系統(tǒng)的方塊圖 A / D 變 換 器微 型 計 算 機(jī)頻 率 發(fā) 生 器顯 示 器 傳 感 器? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 83 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 6 0 5 6 1 0 6 1 5 6 2 0 6 2 5 6 3 05 0 01 0 0 01 5 0 0f / H z? 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