【正文】 y University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 58 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(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 59 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? Y切的晶體作厚度剪切模振動(dòng)時(shí)有正的頻率溫度系數(shù) ,在長度方向上振動(dòng)時(shí)有負(fù)的頻率溫度系數(shù) 。 圖 LC切平凸透鏡形諧振器 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 62 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 2. 結(jié)構(gòu)和電路框圖 ? 諧振器置于充氦氣 TO5型三極管殼內(nèi) ,管殼內(nèi)壓力約 133Pa。 為發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)工作情況 （ 振動(dòng) ） 監(jiān)測系統(tǒng)工作示意圖 。當(dāng)彈丸與裝甲目標(biāo)相遇時(shí) ,強(qiáng)有力的碰撞力使壓電元件產(chǎn)生電荷 ,經(jīng)導(dǎo)線傳遞給電雷管使其啟爆 ,并引起彈丸的爆炸 ,錐孔炸藥爆炸形成的能量使藥形罩熔化 ,形成高溫高速的金屬流將堅(jiān)硬的鋼甲穿透 ,起到殺傷作用。 ? 使用壓電傳感器時(shí) ,要充分注意消除環(huán)境溫度 、 濕度的影響 ,傳感器的基座應(yīng)變的影響 ,電纜噪聲的影響等 ,以保證系統(tǒng)的精度 。 圖 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 88 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 叉指換能器激勵(lì) SAW示意圖 ( a )( b )( c )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 89 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 2. SAW振蕩器 ? SAW振蕩器也稱 SAW延遲線振蕩器 ， 它由一組 SAW發(fā)射 、 接收 IDT和反饋放大器組成 ,如圖 。 其 SAW延遲線的基片很薄 ,在壓力作用下 ,SAW傳播路徑的長度以及 SAW的波速都要發(fā)生變化 ,由公式可知 ,二者的變化都會(huì)引起振蕩頻率的偏移 ,由偏移量的大小就可檢測出基片所受壓力的大小 。雙端對(duì)則有兩個(gè) IDT,一個(gè)發(fā)送信號(hào) ,另一個(gè)接收信號(hào) 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 86 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 SAW叉指換能器結(jié)構(gòu) a bWL? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 87 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? IDT是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來激勵(lì)和接收 SAW的 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 77 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 實(shí)驗(yàn)裝置的框圖 汞 發(fā) 生 系 統(tǒng)壓 電 探 測 器熱 交 換 器恒 溫 箱振 蕩 器計(jì) 數(shù) 器打 印 機(jī)熱 交 換 器 流 量 計(jì)濕度測 試 儀調(diào) 節(jié) 閥真 空 系 統(tǒng)過 濾 器干 燥 器斷 流 閥室 內(nèi) 空 氣開 關(guān) 閥? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 78 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 空氣中汞濃度與頻率變化的關(guān)系 1 . 0 2 . 0 3 . 082 1 6 4 2 4 6p p b ( 濃度 )n g ( 汞 )0102030??f / Hz? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 79 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 測量液體密度的壓電傳感器 ? 測量液體密度的壓電傳感器的敏感元件是一個(gè)由壓電晶片激勵(lì)的空心音叉 ,圖 。顯然 ,可以從系統(tǒng)輸出端輸出的電壓或負(fù)載的動(dòng)作上得知料位的變化情況。壓電元件安裝在彈丸的頭部 ,啟爆裝置設(shè)置在彈丸的尾部 ,通過導(dǎo)線互相連接。 C即為被測溫度 。 C,則晶體的基本共振頻率為 661000 2 8 1 03 5 .4 1 0f H z?? ? ??? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 61 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 一種具有線性溫度－頻率特性的石英切型 ,是如圖 LC切 ——(yxwl)11176。再經(jīng)一定的極化處理后 ,晶胞內(nèi)部的偶極矩進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)定向 ,形成垂直于薄膜平面的碳 氟偶極矩固定結(jié)構(gòu)。其壓電常數(shù)達(dá) 80 1012C／ N,相對(duì)介電常數(shù) εr=85。 設(shè)計(jì)傳感器時(shí)可根據(jù)需要 ,適當(dāng)選擇切型 。 )21(ffLLCRff??? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 44 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 由于壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高 、 輸出電信號(hào)很弱 ,一般需將電信號(hào)經(jīng)高輸入阻抗的前置放大器放大再進(jìn)行傳輸 、 處理和測量 。 (b)等效電壓源 ＋－CdCdU U ＝qCd( a ) ( b )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 32 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 當(dāng)壓電式傳感器與測量電路配合使用時(shí) ,方塊圖如圖 。 這種結(jié)構(gòu)形式的傳感器靈敏度高 ,橫向靈敏度小 ,而且能減小基座應(yīng)變的影響 。 質(zhì)量塊一般采用質(zhì)量大的金屬如鎢或其他金屬制成 ,而晶片很薄 ,即有Mm,故上式通常寫為 ? Q=d33Ma ? a=g(重力加速度 )時(shí)得到的電荷 Q值 ,常稱為靈敏度 ,單位記為 C/g,即靈敏度為一個(gè) g產(chǎn)生的電荷 。 極化后的壓電陶瓷可以當(dāng)作壓電晶體來處理 。 ? (2)選取電場強(qiáng)度分量 Ej和應(yīng)力分量 Tk為獨(dú)立變量 ,得到 d型壓電方程 , 1 , 2 , 3, 1 , 2 , , 6Eh h k k j h jTi i k k i j jS s T d E i jD d T E h k?? ? ?? ? ?? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 7 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 式中 ,sEhk是恒電場下的柔性常數(shù) ,也稱短路柔性常數(shù) 。圖 (a)是說明晶體具有壓電效應(yīng)的示意圖 。 它是由力學(xué)量應(yīng)力 T和應(yīng)變 S與電學(xué)量電場強(qiáng)度 E和電位移 D之間互相耦合產(chǎn)生的 。gjh、gik稱為壓電電壓常數(shù) ,簡稱壓電常數(shù) 。 而以聚偏二氟乙烯 (PVDF)為代表的壓電高聚物薄膜 ,壓電性強(qiáng) ,柔性好 ,特別是聲阻抗與水和生物組織接近 ,是制作傳感器的良好材料 。 可以近似地把質(zhì)量塊看成一個(gè)純質(zhì)量 (忽略其彈性 ),晶片看成一純彈性元件 (忽略其質(zhì)量 )來計(jì)算傳感器的固有頻率 。 振動(dòng)時(shí) ,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(hào) 。 (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(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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(gè)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）。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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。 ? 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 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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(lì)信號(hào)時(shí) , ? 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(dòng) ,與此同時(shí)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(duì)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。 總的溫度系數(shù)可以從 20 106/176。 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 。 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(dòng)體上 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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。 ? 壓電傳感器在實(shí)際應(yīng)用中 ,地線的連接也十分重要。 由微型計(jì)算機(jī)控制的頻率發(fā)生器激勵(lì)傳感器振動(dòng) ,晶片接收的信號(hào)經(jīng)A/D變換后輸給微型計(jì)算機(jī) ,由微型計(jì)算機(jī)算出頻率和密度 ,最后傳輸給顯示器顯示 。 由發(fā)射換能器發(fā)射的表面波經(jīng)媒質(zhì)延遲被接收換能器接收 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 96 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 SAW壓力傳感器原理結(jié)構(gòu) 放 大 器壓力 ( p )f ( p )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 97 Anhui Science and Technology Unive