第六章壓電式傳感器(文件)
【正文】 質(zhì)量塊用高比重的金屬塊 ， 對(duì)壓電元件施加預(yù)載荷 它主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。此慣性力與預(yù)緊力 F0疊加后作用在壓電元件上，使得作用在壓電元件上的壓力 F為： 0 1 0F F F F m a? ? ? ?壓電元件上產(chǎn)生與加速度 a對(duì)應(yīng)的電荷，即 1 1 1 1 0()Q d F d F ma? ? ?工作原理 右圖給出了 Q＝ f(F)的函數(shù)關(guān)系 0Q為靜態(tài)工作點(diǎn)的電荷量 與 ma對(duì)應(yīng)的是電荷的增量 Q?11Q d m a? ? ?工作時(shí)，將壓電元件產(chǎn)生的電荷輸出給電荷放大器，則電荷放大器的輸出電壓的增量 110ffd m aQuCC??? ? ? ? 由上式可知，電荷放大器的輸出電壓的增量 與加速度 a成正比。 傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出 ， 輸出電壓經(jīng)放大 、 濾波 、 比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng) 。 如進(jìn)行聲光報(bào)警 。 電信號(hào)通過(guò)接頭輸出 。圖中壓電傳感器位于車(chē)刀前部的下方 , 當(dāng)進(jìn)行切削加工時(shí) , 切削力通過(guò)刀具傳給壓電傳感器 , 壓電傳感器將切削力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出 , 記錄下電信號(hào)的變化便測(cè)得切削力的變化。 注意：上蓋與石英晶體間應(yīng)有一定的預(yù)壓力 。 兩片石英晶體采用并聯(lián)方式 ， 一根引線(xiàn)兩壓電片中間的金屬片上 ，另一端直接與上蓋相接 。 帶通濾波使玻璃振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的輸出電壓信號(hào)通過(guò) ， 其它頻段的信號(hào)濾除 。 如果在電路中增加一級(jí)或兩級(jí)積分電路，則還可測(cè)出構(gòu)件的速度或位移量 。 測(cè)量時(shí)，將底座與被測(cè)量加速度的構(gòu)件剛性地連接在一起，使質(zhì)量塊感受與構(gòu)件完全相同的運(yùn)動(dòng)。 第五節(jié) 壓電式傳感器的應(yīng)用 一、 壓電式加速度傳感器 結(jié)構(gòu) 壓電片用高壓電系數(shù)的壓電陶瓷制成 。1R?低頻 較大，輸出電壓很小，不宜測(cè)。 注意：為使壓電片電荷與力之間成線(xiàn)性關(guān)系，壓電片需有一定的預(yù)壓力，保證接觸面均勻接觸。 串聯(lián)方式 qqnUUnCC ??? 39。 二、壓電材料并聯(lián)和串聯(lián)兩種接法 并聯(lián)方式 nqqUUnCC ??? 39。 它由鈮鎂酸鉛 (Pb（ Mg 它的壓電系數(shù)約為石英的 50倍 , 但使用溫度較低 , 最高只有 70℃ , 溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英 。電荷量的大小與外力成正比關(guān)系 : 33qd ?? 壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多 , 所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高 。外電場(chǎng)愈強(qiáng) , 就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。 （ 1） 壓電陶瓷的極化 ① 未加電場(chǎng) 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料 。 石英最明顯的優(yōu)點(diǎn)是它的介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好，適于做工作溫度范圍很寬的傳感器。 如圖 （ b）所示 , 此時(shí)正負(fù)電荷重心不再重合 , 電偶極矩在 x方向上的分量由于 P1的減小和 PP3的增加而不等于零 , 即（ P1+P2+P3） 0 。 P1+
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