醫(yī)用傳感器壓電式傳感器(編輯修改稿)
2025-02-02 01:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 相等的電荷 ∴ 壓電傳感器可以看作 電荷發(fā)生器 ,圖 (a) 同時 ,它也是一個 電容器 , 晶體上聚集正 、 負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個 極板 , 極板間物質(zhì)等效于一種 介質(zhì) ,圖 (b) ＋＋＋＋ ―――― q 電極 壓電晶體 (a) 壓電傳感器的等效原理 q Ca (b) 當(dāng)兩極板聚集 異性電荷 時 , 則兩極板呈現(xiàn)一定的 電壓 , 大小為 aaquC?＋＋＋＋ ―――― q 電極 壓電晶體 (a) 壓電傳感器的等效原理 q Ca (b) 0raAACddeee== A、 d 壓電片的面積、厚度 ε0(=1/ π)、 εr 真空、壓電材料的相對介電常數(shù) 電容量 （ a） 等效電壓源 aaquC=一 個 與 電 容 相串聯(lián) 的電壓源 （ b） 等效電荷源 Ca ua （ a）電壓源 aaq u C=q Ca （ b）電荷源 一 個 與 電 容 相并聯(lián) 電荷源 電壓靈敏度 auuKF?電荷靈敏度 qqKF?/u q aK K C? q u aK K C?兩者的關(guān)系 壓電傳感器的完整等效電路 （ a） 電壓源 。 （ b） 電荷源 UaCaRaCcRiCiq RaCcRiCiCe( a ) ( b )壓電傳感器與測量儀表聯(lián)接時，還必須考慮 電纜電容 CC，前置放大器的 輸入電阻 Ri和 輸入電容 Ci以及傳感器的 絕緣電阻 Ra。壓電傳感器完整的等效電路可表示成圖所示。 ? 只有當(dāng)壓電傳感器 內(nèi)部信號電荷無漏損 或 外接電路負(fù)載RL無窮大 時 ,壓電傳感器受力后產(chǎn)生的 電壓 或 電荷 才能長期保存 ,否則電路將以某時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電 ? 對于 靜態(tài)、低頻測量 極為不利 ,必然帶來誤差 ? 只有 外力不斷以較高頻率作用 ,傳感器的電荷才能得以補(bǔ)充 , 壓電晶體不適合于靜態(tài)測量 ? 在實際使用時壓電傳感器總要與測量儀器或測量電路 相連接，需考慮壓電傳感器的泄漏電阻、連接電纜的 等效電容、前置放大器的輸入電阻和輸入電容等 思考：壓電晶體不適合于靜態(tài)測量？ 二、 測量電路 壓電傳感器要求測量電路的前級輸入端要有 足夠高的阻抗 ， 這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測量誤差變大 。壓電傳感器的 前置放大器 有兩個用處： 一是把傳感器的 高阻抗輸出 變換為 低阻抗輸出 ； 二是把傳感器的 微弱信號進(jìn)行放大 。 ∵ 傳感器的 內(nèi)阻很大 , 而 輸出信號較小 , 一般不能直接取用 ∴ 需要接入高輸入阻抗的 前置放大器 根據(jù)壓電傳感器等效電路可知 ， 傳感器的輸出可以是 電壓信號 ， 也可以是電荷信號 ∴ 有相應(yīng)兩種形式 （ 1） 電壓放大器： 也稱作阻抗變換器 ， 其輸出電壓 與輸入電壓 （ 傳感器的輸出電壓 ） 成正比 （ 2） 電荷放大器： 其輸出電壓與輸入電荷成正比 （一） 電壓放大器 （ 1）電路原理圖 等效電阻 // eieieiRRR R RRR==+等效電容 eiC C C=+圖 69 電壓放大器電路原理及其等效電路圖 AuoCiRiCeReCaua( a )CRCauaui( b ) 等效電路 放大器電路 傳感器的泄漏電阻 Re；連接電纜的等效電容 Ce；前置放大器的輸入電阻 Ri ；輸入電容 Ci 電容器上的電壓 ua= q / Ca f= Fmsinωt（ Fm為幅值 ） 如果壓電元件沿電軸為 正弦作用力 變化，產(chǎn)生的 電荷與電壓也按正弦變化，即 Um= dFm/Ca 壓電元件輸出電壓幅值 d— 壓電系數(shù) s in s inmama a ad F tq d fU U tC C Cw w= = = =AuoCiRiCeReCaua( a )CRCauaui( b )等效電路 放大器電路 1//1 ( ) 1 ( )11//ai a aaaaRj R C jRjCU U U d fj R C C j R C CRj C j C? ??????? ? ?? ? ?? ? ? ???? ????Ui的 幅值 Uim為 . 222 )(1)(ieamim CCCRRdFU??????? AuoCiRiCeReCaua( a )CRCauaui( b )等效電路 放大器電路 （ 2）放大器輸入端的電壓 Ui分析 輸入電壓和作用力之間 相位差 為 ])(a rc t a n[2)( RCCC iea ????? ???Ui的 幅值 Uim為 . 222 )(1)(ieamim CCCRRdFU???????當(dāng)作用于壓電元件的力為 靜態(tài)力 （ ω=0） 時 ， 前置放大器的 輸出電壓等于零 ， 因為電荷會通過放大器輸
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