壓電傳感器ppt課件(2)(參考版)
2025-01-17 10:42本頁面
【正文】 82 壓電陶瓷位移器 壓電陶瓷超聲換能器 壓電加速度計 。 當(dāng) S1發(fā)出的聲波信號經(jīng)過空氣傳播到達換能器 S2時，空氣振動產(chǎn)生的壓力作用在 S2的壓電陶瓷片上使之出現(xiàn)充、放電現(xiàn)象，在示波器上就能檢測出該交變信號。 79 兩者時間差為 Δ t= tAtB=（ LA LB ） /v 22vtLLvtLLBA????????又 L=LA +LB ，所以 80 超聲速測量實驗裝置 信號發(fā)生器 S1 示波器 頻率計 S2 l 游標(biāo)卡尺 壓電聲傳感器在超聲速測量實驗中的應(yīng)用 81 當(dāng)信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦交流信號加在壓電陶瓷片兩端面時，壓電陶瓷片將產(chǎn)生機械振動，在空氣中激發(fā)出聲波。在順流和逆流的情況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。 如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收的聲頻信號即為超聲波，這樣的換能器稱為壓電超聲換能器。 76 當(dāng)一定頻率的聲頻信號加在換能器上時，換能器上的壓電陶瓷片受到外力作用而產(chǎn)生壓縮變形，由于壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，壓電陶瓷上將出現(xiàn)充、放電現(xiàn)象，即將聲頻信號轉(zhuǎn)換成了交變電信號。在一個壓電片上所產(chǎn)生的電荷q為 SPdFdq 1111 ??即：壓電式壓力傳感器的輸出電荷 q與輸入壓強 P成正比。當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬間，壓電薄膜感受到劇烈振動，表面產(chǎn)生電荷 Q ，在兩個輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報警信號。 72 ? 將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時會發(fā)出的振動，并將電壓信號傳送給集中報警系統(tǒng)。 此時慣性力 F作用于壓電元件上 ， 因而產(chǎn)生電荷 q， 當(dāng)傳感器選定后 ， m為常數(shù) ， 則傳感器輸出電荷為 q=d11F=d11ma 與加速度 a成正比。 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 預(yù)壓彈簧壓電元件外殼質(zhì)量塊基座壓電式加速度傳感器 71 當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時 ， 壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用 ， F=ma 式中： F—質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力 。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 。 典型應(yīng)用：機床動態(tài)切削力的測量。 石英晶片的尺寸為φ 8 1mm。 壓力式單向測力傳感器結(jié)構(gòu)圖 絕緣套石英晶片F(xiàn)上蓋電極 基座壓電式測力傳感器 68 傳感器上蓋為傳力元件 ， 它的外緣壁厚為 ，當(dāng)外力作用時 ， 它將產(chǎn)生彈性變形 ， 將力傳遞到石英晶片上 。 在實際電路中 ， CF的容量做成可選擇的 ， 范圍一般為 100104pF。 由于運算放大器輸入阻抗極高 ， 放大器輸入端幾乎沒有分流 ， 故可略去 Ra和 Ri并聯(lián)電阻 。 電荷放大器實際上是一個具有深度負(fù)反饋的高增益運算放大器。 (2)當(dāng) ，前置放大器輸入電壓 Uim隨頻率變化不大 13i????（ 3）當(dāng) ，可近似看作放大器輸入電壓與作用力的頻率無關(guān)，說明 壓電傳感器高頻響應(yīng)特性好，即輸出電壓不受頻率限制，適合于高頻交變力的測量。 w為交變力的角頻率。 一是用電阻反饋的 電壓放大器 ，其輸出電壓與輸入電壓 (即傳感器的輸出 )成正比； 前置放大器電路有兩種形式： 56 AuoCiRiCeReCaua( a )CRCauaui( b )（阻抗變換器） 壓電傳感器接放大器的等效電路 （ a） 放大器電路 。 另一種是用帶電容板反饋的 電荷放大器 ，其輸出電壓 與輸入電荷成正比。其中，測量電路的關(guān)鍵在于 高阻抗輸入的前置放大器 。而實際負(fù)載不可能無窮大，則電路就會以時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電，因此，對于測量靜態(tài)或低頻準(zhǔn)信號極為不利，會帶來測量誤差；只有在交變動態(tài)力作用下，電荷可以得到不斷補充，可以供給測量電路一定的電流，故壓電傳感器適宜作動態(tài)測量。 U Ca Ra Cc Ri Ci 壓電傳感器產(chǎn)生的 電荷很少 ， 信號微弱 ，而自身又要有 極高的絕緣電阻 ，因此需經(jīng) 測量電路 進行 阻抗變換和 信號放大 ，且要求 測量電路輸入端 必須有 足夠高的阻抗 和 較小的分布電容 ，以防止電荷迅速泄漏，電荷泄漏將引起測量誤差。這兩種等效電路是完全等效的。 b)電壓源 51 實際使用時，壓電傳感器通過導(dǎo)線與測量儀器相連接，連接導(dǎo)線的 等效電容 CC、 前置放大器 的 輸入電阻 Ri、 輸入電容 Ci對電路的影響就必須一起考慮進去。 r?0?50 因此可以把壓電式傳感器等效成一個與電容相并聯(lián)的電荷源 ，如下圖 a所示，也可以等效為一個 電壓源 ，如下圖 b所示。這時它相當(dāng)于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為 0raSSChh?????式中， 為真空介電常數(shù) 。 串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小，適宜用 于以電壓作輸出信號，并且測量電路輸入阻 抗很高的場合。 (a)串聯(lián) CCUUqq 212 ?????? ；；+ － － + + 47 并聯(lián)方法兩片壓電晶片的負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)的電極上，傳感器的電容量大、輸出電荷量大、時間常數(shù)也大，故這種傳感器適用于測量緩變信號及電荷量輸出信號。粘結(jié)的方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。 它的壓電系數(shù)約為石英的 50倍 ， 但居里點溫度只有 115℃ ， 使用溫度不超過 70℃
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1