【文章內(nèi)容簡介】 狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料。結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)： 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。使用時(shí)，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時(shí)可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系,因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測量。、Y、Z軸的名稱是什么？有哪些特征？解：電軸：X軸穿過六棱柱的棱線，在垂直于此軸的面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)； 機(jī)械軸：Y軸垂直六棱柱面。在電場作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最明顯； 光軸：Z軸晶體上、下晶錐項(xiàng)點(diǎn)連線重合，也叫中性軸，光線沿該軸通過時(shí)，無折射及壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體受到沿X方向的壓力作用時(shí)，晶體沿X方向?qū)a(chǎn)生收縮，正、負(fù)離子相對位置隨之發(fā)生變化。則在X軸的正向出現(xiàn)正電荷，在Y、Z軸方向則不出現(xiàn)電荷。當(dāng)晶體受到沿X方向的拉力作用時(shí)，則在X軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在Y、Z方向則不出現(xiàn)電荷。當(dāng)石英晶體受到沿Y軸方向的壓力作用時(shí)，在X軸正方向的晶體表面上出現(xiàn)負(fù)電荷。同樣，在垂直于Y軸和Z軸的晶體表面上不出現(xiàn)電荷。當(dāng)晶體受到沿Z軸方向的力（無論是壓力或拉力）作用時(shí)，因?yàn)榫w在X方向和Y方向的變形相同，正、負(fù)電荷中心始終保持重合，電偶極矩在X、Y方向的分量等于零。所以，沿光軸方向施加力，石英晶體不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點(diǎn)？解：石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以強(qiáng)電場使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場除去后基本保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。當(dāng)極化后的壓電陶瓷受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。壓電陶瓷的參數(shù)也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化老化，壓電陶瓷老化將使壓電效應(yīng)減弱。，各自要解決什么問題？解：傳感器與電壓放大器連接的電路其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易受電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比，電纜電容的影響小。，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pC/g；電荷放大器靈敏度為50mV/pC，最大加速度時(shí)輸出幅值2V，試求機(jī)器振動(dòng)加速度。解：？解：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會(huì)泄露，無法進(jìn)行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量。？為什么？解：基本考慮點(diǎn)是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領(lǐng)域。?其核心是解決什么問題? 解：壓電式傳感器的產(chǎn)生的電量非常小，內(nèi)阻很高。測量電路的作用是進(jìn)行阻抗變換和放大，即要求測量電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，通常用高輸入阻抗運(yùn)放。其核心是要解決微弱信號的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號。 ＝10pC／MPa，連接靈敏度K2=／pC的電放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm／V，當(dāng)壓力變化Δp=8MPa時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為S=10258=16mm，測量回路的總電容為100pF，試求用壓電式加速度計(jì)相配測量1Hz低頻振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的幅值誤差。解：壓電式傳感器的實(shí)際輸入電壓幅值和理想輸入電壓幅值分別為：，時(shí)間常數(shù)：，相對誤差為：=%，要求在1Hz時(shí)靈敏度下降不超過5%，若測量回路的總電容為500pF，求所用電壓前置放大器的輸入電阻應(yīng)為多大。解： 計(jì)算得：=，其無阻尼固有頻率f0=32kHz，若要求傳感器的輸出幅值誤差在5%以內(nèi)，試確定傳感器的最高響應(yīng)頻率。解：（取等號）解出 或（舍去）則 則 ，試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關(guān)系，以及每種接法適用于何種場合。解：1）在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接。 2）如果按相同極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片（電容）串聯(lián)。輸出總電容為單片電容的一半，輸出電荷與單片電荷相等，輸出電壓是單片的兩倍；適合測量變化較快且以電壓輸出的場合；若按不同極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片（電容）并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩倍，但輸出電壓與單片相等，適合測量變化較慢且以電荷輸出的場合。第六章 磁電式傳感器思考題與習(xí)題答案？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。？可以檢測哪些非電量？解：變磁阻式傳感器的三種基本類型，電感式傳感器、變壓器式傳感器和電渦流式傳感器。變磁阻式傳感器可以用于測量位移和尺寸，也可以測量能夠轉(zhuǎn)換為位移量的其他參數(shù)力、張力、壓力、壓差、應(yīng)變、轉(zhuǎn)短、速度和加速度等。，它如何通過測量電路獲得相對應(yīng)的位移和加速度信號？解：磁電式傳感器的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律，它的輸出電動(dòng)勢信號和切割磁力線的速度成正比，常做成測量速度的傳感器，所以也稱速度傳感器。只要在測量電路中加上微分電路或積分電路即可得到加速度或位移信號。？磁電式傳感器主要用于測量哪些物理參數(shù)？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。解：霍爾式位移傳感器的輸出電動(dòng)勢，在一定范圍內(nèi)，由于dB/dx=常數(shù)，則dUH/dx=KHIdB/dx=常數(shù)，所以UH正比于位移x。？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。 霍爾元件的不等位電勢是霍爾元件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補(bǔ)償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補(bǔ)償法 、構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場合。解：一塊長為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栐嘤肗型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，且比較薄。 霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍（輸出電勢變化）大、無觸點(diǎn)，使用壽命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術(shù)、自動(dòng)控制、電磁測量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 ？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些？解：當(dāng)把一塊金屬或半導(dǎo)體薄片垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流，就會(huì)在薄片的另一對側(cè)面間產(chǎn)生電動(dòng)勢UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為霍爾電動(dòng)勢。霍爾電動(dòng)勢的大小正比于激勵(lì)電流Ic與磁感應(yīng)強(qiáng)度B，且當(dāng)Ic或B的方向改變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢UH的方向也隨著改變，但當(dāng)