壓電式力學(xué)量傳感器-閱讀頁
2025-05-14 08:53本頁面
【正文】 提高傳感器的靈敏度方法 : ① 增大 m：會影響試件的振動；對高頻響應(yīng)也不利 ② 增加壓電片的數(shù)目 ③ 采用合理的連接 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 39 壓電式加速度傳感器 ， 可以簡化成由集中質(zhì)量 m、 彈簧 K和阻尼器 C組成的二階單自由度系統(tǒng) 式中： x—— 運動體的絕對位移； xm—— 質(zhì)量塊的絕對位移 。 ? 在這一范圍內(nèi) ， 傳感器的靈敏度基本上不隨頻率而變化 。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 41 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu) 壓電元件的受力和變形常見的有厚度變形、長度變形、體積變形和厚度剪切變形四種。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 42 (a)為外圓配合壓縮式 。 ?這種型式的傳感器結(jié)構(gòu)簡單 ，而且靈敏度高 ， 但對環(huán)境的影響 (如聲學(xué)噪聲 、 基座應(yīng)變 、瞬時溫度沖擊等 )比較敏感 1基座 2 壓電晶片 3 質(zhì)量塊 4 彈簧片 5 電纜 壓縮式： 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 43 (b)所示為中心配合壓縮式 。這是因為彈簧 、 質(zhì)量塊和壓電元件用一根中心核牢固地固定在厚基座上 ， 而不與外殼直接接觸 ， 外殼僅起保護作用 。 1基座 2 壓電晶片 3 質(zhì)量塊 4 彈簧片 5 電纜 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 44 (c)是倒裝中心配合壓縮式 ，由于中心柱離開基座 ． 所以避免了基座應(yīng)變引起的誤差 。 另外 ， 這種形式的傳感器的加工和裝配也比較困難 ,這是它的主要缺點 。 剪切式加速度傳感器的工作原理是：如傳感器感受向上的振動 ，由于慣性力的作用使質(zhì)量環(huán)保持滯后 。 1基座 2 壓電晶片 3 質(zhì)量塊 4 彈簧片 5 電纜 剪切式： 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 46 ?工作原理：利用 縱向壓電效應(yīng) ?圖示為一種單向壓電式測力傳感器的結(jié)構(gòu)圖，它可用于機床動態(tài)切削力的測量。 傳力元件 壓電式測力傳感器 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 47 壓電效應(yīng)歷史 ?1880年，居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng)，從此開始了壓電學(xué)的歷史。 ?第一次世界大戰(zhàn)，居里的繼承人郎之萬，最先利用石英的壓電效應(yīng)， 制成了水下超聲探測器，用于探測 潛水艇 ，從而揭開了壓電應(yīng)用史篇章。應(yīng)用聲表面波（ SAW）的濾波器、延遲線和振蕩器等 SAW器件，在七十年代后期也取得了實用化 ?上世紀 70年代初期，人們在鋯鈦酸鉛材料二元系配方 Pb(ZrTi)O3基礎(chǔ)上又研究了加入第三元改性的壓電陶瓷三元系配方，可廣泛用于 拾音器 、 微音器 、濾波器、 變壓器 、超聲延遲線及引燃引爆方面 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 48 壓電效應(yīng)應(yīng)用 利用壓電效應(yīng)可以做出各種各樣的壓電材料，壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略 分為兩大類：即振動能和超聲振動能 電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲 換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 49 一般電聲換能器的能量轉(zhuǎn)換過程是 ： 對于電 聲轉(zhuǎn)換是先將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動，然后由機械振動產(chǎn)生聲波； 對于聲 電轉(zhuǎn)換 ，則是先將聲信號轉(zhuǎn)換成機械振動后再轉(zhuǎn)換成電信號。研究 初期均瞄準軍事應(yīng)用，如用于水下探測的大面積傳感器陣列和監(jiān)視系統(tǒng)等，隨后應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展到地球物理探測、聲波測試設(shè)備等方面。 ? 超聲射入體內(nèi)，由表面到深部，將經(jīng)過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產(chǎn)生不同的反射與衰減。 ? 將接收到的回聲，根據(jù)回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 51 超聲換能器，用于 超聲波 范圍的電聲換能器，主要是壓電陶瓷換能器 在機器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器） ? 當(dāng)物體振動時會發(fā)出聲音。 ? 我們?nèi)祟惗淠苈? 到的聲波頻率為 16～ 20， 000赫茲。 ? 通常用于 醫(yī)學(xué) 診斷的超聲波頻率為 1～ 5兆赫。如發(fā)現(xiàn)有障礙，則及時采取 一定措施，避免發(fā)生碰撞； 其三，為獲取對象物體表面形狀的大致信息。 它的工作原理大致是這樣的： ? 首先由超聲發(fā)射器向被測物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。 ? 同時超聲接受器開始檢測回聲信號，定時電路也開始計時。 ? 等到超聲接受器收到回聲信號后，定時電路停止計時。 ? 利用傳播時間值，可以換算出被測物體到超聲傳感器之間的距離。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 53 壓電驅(qū)動器 壓電驅(qū)動器利用逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能或機械運動 ? 基于聚合物雙晶片開展的驅(qū)動器應(yīng)用研究包括顯示器件控制、微位移產(chǎn)生系統(tǒng)等 ?電子束輻照 P（ VDFTrFE）共聚合物使該材料具備了產(chǎn)生大伸縮應(yīng)變的能力， 從而為研制新型聚合物驅(qū)動器創(chuàng)造了有利條件。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 55 本章小結(jié) ? 概念 :壓電效應(yīng) ? 問題 1:試說明壓電陶瓷的敏感機理。 ? 問題 3:試說明壓電式加速度傳感器基本工作原理。
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