傳感器結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)第六章壓電式傳感器(參考版)
2025-08-04 17:30本頁(yè)面
【正文】 ? 缺點(diǎn)：需要附加供電線路，溫度受內(nèi)裝電子線路影響。 2. 機(jī)器人觸覺(jué)傳感器：同時(shí)具有壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)，薄膜柔軟，做成大面積傳感陣列器件。 ? 主要優(yōu)點(diǎn)： 1. 高的壓電靈敏度，比石英高十多倍； 2. 頻響寬， 1055*108Hz； 3. 韌性和加工性能好，易切割，易制成大面積元件和陣列元件； 4. 聲阻抗與水和人體肌肉接近，可作水聽(tīng)器和醫(yī)用傳感元件。177。177。177。177。177。 ? 當(dāng)空間任何方向的力作用在傳感器上時(shí)，便能自動(dòng)的分解成三個(gè)互相垂直的分力。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 ? 上蓋（蓋板）：傳力元件，它的變形壁的厚度只有 ～； ? 金屬基座 ? 絕緣環(huán)：聚四氟材料； ? 焊縫：電子束焊接。測(cè)量沖擊和輕型板、小元件的振動(dòng)。如地殼、建筑物的振動(dòng)。 一、壓電式加速度傳感器 單端中心壓縮式 組成：質(zhì)量塊 雙壓電晶體片 引線 底座 4。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 第三節(jié) 壓電式傳感器的應(yīng)用舉例 特點(diǎn)： 壓電式傳感器的高頻響應(yīng)好；若配備合適的電荷放大器，低頻段可低至 。 （ 2）電荷放大器工作頻帶上限取決于：運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)；電纜長(zhǎng)度（但影響較?。Ｋ援?dāng)給定工作頻帶下限截止頻率 fL時(shí) ,反饋電阻 RF值也可確定。且 ω 越小，GF項(xiàng)越重要。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 （ 2）當(dāng)工作頻率很高（ 即被測(cè)量為高頻信號(hào) ），由于GFωCF,則 可見(jiàn)輸出電壓 Uo與 A也無(wú)關(guān)，只取決于 Q和 CF。輸出電壓 io UAU ?? ??? ? ? ?FicaFiao CACCCjGAGGQAjU)1()1( ????????????? ??討論： （ 1）當(dāng) A足夠大時(shí) ,傳感器本身的電容和電纜長(zhǎng)短將不影響電荷放大器的輸出 。所以圖中 )1()。此處運(yùn)用 導(dǎo)納 運(yùn)算。 （ 3）電纜不能太長(zhǎng)，但可設(shè)計(jì)成一體化傳感器，即放大器置入傳感器內(nèi)部?？筛鶕?jù)此式選擇與配置時(shí)間常數(shù)要滿足下式：若下限頻率選定之后，＝測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)—式中LicaCCCR????1)(???山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 壓電式傳感器的特點(diǎn)分析： （ 1）高頻響應(yīng)好； （ 2）要擴(kuò)展低頻端，應(yīng)使時(shí)間常數(shù) τ 增大。因此，如果要改變電纜長(zhǎng)度，必須重新對(duì)靈敏度校正。 － A － A Ca Ca Ra Ri Ci Cc C R Ui Uo Uo U (a) (b) Ua 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 等效電阻 R為： iaiaRRRRR???tFF m ?s in~ ?壓電元件所受作用力： C=Cc+Ci 等效電容為： Fm—— 作用力的幅值 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 若壓電元件材料是壓電陶瓷 ， 其壓電系數(shù)為 d33， 則在外力作用下 ， 壓電元件產(chǎn)生的電壓值為 tUu m ?s i n?Um—— 電壓幅值 amm CFdU 33?山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 ? ? ? ? tCCCRjRjFdCCRjRjFdUicamai ????? s i n11 3333 ?????????放大器輸入端的電壓 ui，其復(fù)數(shù)形式為 ? ? ? ? 222331 icamim CCCRRFdU???????Ui的幅值 Uim為 輸入電壓與作用力之間的相位差為 ? ?? ?ica CCCR ???? ??? a r c t a n2山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 當(dāng) ω?∞時(shí)，放大器輸入端電壓幅值為 ? ?icamim CCCFdU????33傳感器的電壓靈敏度為 ? ?icamimu CCCdFUk?????33/ 結(jié)論： 因電纜電容及放大器輸入電容的存在，靈敏度減小。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 前置放大器的形式 ： ?一種是電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓 (壓電元件的輸出電壓 )成正比； ?一種是電荷放大器，其輸出電壓與傳感器的輸出電荷成正比。 aqu Ckk /?二者關(guān)系如下：山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 二、測(cè)量電路 壓電式傳感器本身的內(nèi)阻很高 (Ra≥10 10Ω) ，而輸出的能量信號(hào)又非常微弱，因此它的信號(hào)調(diào)理電路通常需要一個(gè)高輸入阻抗的 前置放大器 。 Ca Ra Cc Ri Ci Q 電荷等效電路 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 Ca Ra Cc Ri Ci U 電壓等效電路 注意事項(xiàng) ：如果用導(dǎo)線將壓電傳感器和測(cè)量?jī)x器連接時(shí) ,則應(yīng)考慮 連接電纜的等效電容 ,前置放大器的輸入電阻 、輸入電容 。 ＋＋＋＋ ―――― q q 電極 壓電元件 C
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