第十二次课第七章压电传感器5月27

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压电传感器的工作原理优秀课件

压电传感器的工作原理优秀课件

灵 敏 度:0.1~1000mV/pC 频率范围:0.3~100KHz
噪声(最大增益):折合至输入端小于5µV 准 确 度:1% 最大输出:±10V/10mA 电 源:220V/50Hz 控制方式: 计算机或手动
焊接式 电荷放大器
24.10.2020
21
超小型电荷放大器模块
主要指标:
灵 敏 度:1、10、100mV/pC(任选一档) 频率范围:0.3~100KHz(上、下限可选) 噪声(最大灵敏度):输出端小于1mV 归 一 化:外接电阻调整 线性误差:1% 最大输出:±5V或±10V 电 源:±6V~±15V
24.10.2020
4
二、压电材料的分类及特性
压电传感器中的压电元件材料一般有 三类: 一类是压电晶体(如上述的石英晶 体); 另一类是 经过极化处理的 压电陶 瓷;第三类是高分子压电材料。
24.10.2020
5
(一)石英晶体
天然形成的石英晶体外形
24.10.2020
6
天然形成的石英晶体外形(续)
24.10.2020
10
压电陶瓷外形
24.10.2020
11
无铅压电陶瓷及其换能器外形
(上海硅酸盐研究所研制)
24.10.2020
12
高分子压电薄膜及拉制
24.10.2020
13
(三)高分子压电材料
典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯 (PVF2或PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、改性聚 氯乙烯(PVC)等。它是一种柔软的压电材料, 可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易 破碎,具有防水性,可以大量连续拉制,制成较 大面积或较长的尺度,价格便宜,频率响应范围 较宽,测量动态范围可达80dB。

压电传感器 教案

压电传感器 教案

压电传感器教案一、教学目标1. 知识目标:了解压电传感器的原理、结构和工作方式,掌握其常见应用领域;2. 技能目标:能够选择适合的压电传感器并正确使用,能够进行相关实验和数据分析;3. 情感目标:培养学生的实践能力和创新思维,增强对科学技术的兴趣。

二、教学重点与难点1. 重点:压电传感器的原理和应用;2. 难点:压电传感器的工作原理及其相关实验。

三、教学方法采用多媒体讲解、案例分析和实验演示相结合的教学方法。

四、教学内容与顺序安排1. 压电传感器的定义和基本原理a. 压电效应的概念介绍b. 压电材料的特点及其应用领域c. 压电传感器的基本结构和工作原理2. 常见的压电传感器类型及其应用a. 压电位移传感器b. 压电加速度传感器c. 压电压力传感器d. 压电流量传感器3. 压电传感器的选用与使用注意事项a. 根据应用需求选择合适的压电传感器b. 掌握正确的传感器安装和连接方法c. 学习传感器的校准和维护4. 相关实验演示和数据分析a. 利用压电传感器测量物体的位移、加速度、压力或流量b. 分析实验数据并进行结果讨论5. 压电传感器的发展与展望a. 简要介绍压电传感器的研究现状b. 展望压电传感器在未来的应用前景五、教学过程与方法1. 多媒体讲解:通过PPT展示,介绍压电传感器的原理、结构和工作方式,并展示其在不同领域的应用案例。

2. 案例分析:结合实际案例,分析压电传感器的选用和使用注意事项,并引导学生思考如何解决实际问题。

3. 实验演示:组织学生进行压电传感器的实验演示,让学生亲自操作和观察实验现象。

4. 数据分析:引导学生对实验数据进行分析和结果讨论,培养其科学实验和数据分析能力。

5. 小组讨论:组织学生进行小组讨论,讨论压电传感器的发展方向及其可能的应用领域。

6. 总结回顾:对本节课内容进行总结回顾,并对学生提出的疑问进行解答。

六、教学评价与展望1. 教学评价a. 课堂表现:学生的参与度、表达能力和问题解决能力;b. 实验报告:学生对实验结果的分析和总结能力。

第七讲 压电式传感器PPT课件

第七讲 压电式传感器PPT课件

压电陶瓷的压电效应 • 压电陶瓷具有铁磁材料磁畴结构类似的电畴结构。 • 当压电陶瓷极化处理后,材料内部存有很强的剩余场极化; 受到外力作用时,电畴的界限发生移动,引起极化强度变化, 产生压电效应。
a—Z向施力;b—X向施力 压电陶瓷的压电效应
如图a所示,当压电陶瓷在极化面上受到沿极化方向(Z向)
高分子压电薄膜及拉制
高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板
二、 压电式传感器的测量电路 1.压电元件的串联与并联
(a)并联 (b)串联 压电元件的串联与并联
压电晶片的串、并联:
Fx
+++++++
Fx
―――――――
――――――― +++++++
+++++++ ―――――――
最显著
从晶体上沿轴线切下的薄片称为
“晶体切片”。垂直于电轴X切割的 石英片,在与X轴垂直的两面覆以金 属,材料常为银或金,用以测量工作 面上产生的电荷。
切片在受到不同方向的作用力会产
生不同的极化作用。主要的压电效应 有纵向效应、横向效应和剪切效应。
X FX
+++ ++
――― ―― FX
X FX
――― ―――
双面镀银并封装
石英晶体振荡器(晶振)
晶振
2021/3/19
石英晶体在振荡电 路中工作时,压电效应 与逆压电效应交替作用 ,从而产生稳定的振荡 输出频率。
6
• Z轴是晶体的对称轴,光轴,该轴方向没有压电效应; • X轴称电轴,电荷都积累在此轴晶面上,垂直于X轴晶
面的压电效应最显著; • Y轴称机械轴,逆压电效应时,沿此轴方向的机械变形
Q XY
d12
a b
FY

12第七章 压电式传感器7-2解析

12第七章 压电式传感器7-2解析
(6-14)
q d 33 F d 33 ma
与加速度a成正比。因此,测得加速度传感
q=d11F=d11ma 器输出的电荷便可知加速度的大小。
压电式压力传感器
引线
壳体 基座
导电片 受压膜片 p
压电晶片
图7-19 压电式测压传感器
当膜片受到压力F作用后,在压电晶片表面
上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷 q为
管道上A、B两点放两只压电传感器,由从两个传
感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号
所用时间差可计算出LA或LB。
地 L 面
LA
A O点
LB
B
两者时间差为
Δt= tA-tB=(LA - LB )/v
又L=LA +LB ,所以
L t v LA 2 L t v LB 2
故可把压电传感器看成一个电荷源与一个
电容并联的电荷发生器。 其电容量为:
Ca q (a)
S r 0 S Ca
当两极板聚集异性电荷时,板间就呈现出
一定的电压,其大小为
q Ua Ca
因此,压电传感器还可以等效为电压源Ua 和一个电容器Ca的
Ca
串联电路,如图 (b)。
Ua (b)
( ω=0 )时,前置放大器的输出电压等于
零,因为电荷会通过放大器输入电阻和传 感器本身漏电阻漏掉,所以压电传感器不 能用于静态力的测量。
当 ω(Ca+Cc+Ci)R>>1 时,放大器输入 电压 Uim 如式( 7-10 )所示,式中 Cc 为连 接电缆电容,当电缆长度改变时,Cc也将 改变,因而 Uim 也随之变化。因此,压电
100~104pF。

压电式传感器传感器技术及应用课件

压电式传感器传感器技术及应用课件

在航空航天中的应用案例
压电式传感器在航空航天领域中可以 用于测量飞行器的压力、振动等参数, 保障飞行器的安全性和稳定性。
VS
例如,在飞机发动机中,压电式传感 器可以监测涡轮的工作状态,控制发 动机的运转,提高飞机的安全性能。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
它们能够提供连续、准确的生理数据, 帮助医生及时了解患者的病情和做出 准确的诊断。
航空航天
01
在航空航天领域,压电式传感器 主要用于监测飞机的气动性能、 发动机工作状态以及航天器的空 间环境等。
02
它们能够提供高精度、高可靠性 的数据,帮助保证飞机的安全和 航天器的正常工作。
03 压电式传感器的设计与制 造
02 压电式传感器的应用领域
工业自动化
压电式传感器在工业自动化领域中广泛应用于测量和控制,如压力、位移、振动和 加速度等物理量的测量。
它们能够提供高精度、高可靠性的数据,帮助实现自动化生产线的精确控制和优化。
压电式传感器还可以用于工业安全系统中,例如检测机器的异常振动或压力变化, 以预防潜在的故障或事故。
制作工艺
采用陶瓷工艺、薄膜工艺等制作技术 ,将压电材料制成具有特定结构和性 能的元件。
压电式传感器的封装与测试
封装材料
选择合适的封装材料,如环氧树脂、陶瓷等,以保护压电元件免受环境的影响。
测试方法
对封装后的传感器进行性能测试,包括灵敏度、频率响应、温度稳定性等方面 的测试。
04 压电式传感器的校准与标 定
压电式传感器传感器技术及应用课 件
目录
• 压电式传感器技术概述 • 压电式传感器的应用领域 • 压电式传感器的设计与制造 • 压电式传感器的校准与标定 • 压电式传感器的发展趋势与展望 • 实际应用案例分析

压电传感器 ppt课件

压电传感器  ppt课件
压电式传感器
是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作 用下,在电介质的表面上产生电荷,从而实现非 电量测量。
压电传感元件是力敏感元件,所以它能测量 最终能变换为力的那些物理量,例如张力、压力、 加速度等。
压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、 信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。 近年来,由于电子技术的飞速发展,随着与之配 套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻 电缆的出现,使压电传感器的使用更为方便。因 此,在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测 井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。
求。与上相适应,测试系统则应有较大的时间常数,亦
即前置放大器要有相当高的输入阻抗,否则传感器的信
号电荷将通过输入电路泄漏PPT,课件即产生测量误差。
6
(二) 测量电路
压电式传感器的前置放大器有两个作用: 把压电式传感器的高输出阻变换成低阻抗输出; 放大压电式传感器输出的弱信号。
前置放大器形式: 电压放大器,其输出电压与输入电压(传感器的输出 电压)成正比; 电荷放大器,其输出电压与输入电荷成正比。
1、电压放大器
Ca
Ca
-A
-A
Ua
Cc
Ra
Ri Ci
Ua
USC
R C Ui
USC
(a)
PPT课件
(b)
7
图(b)中,等效电阻R为
R Ra Ri Ra Ri
等效电容为 C=Cc+Ci

Ua

q Ca
压电元件所受作用力 F Fm sin t Fm——作用力的幅值
若压电元件材料是压电陶瓷,其压电系数为d33,则在外 力作用下,压电元件产生的电压值为
上,传感器内部不可能没有泄漏,外电路负载也不可能

压电传感器课后习题集答案

压电传感器课后习题集答案

压电传感器课后习题集答案压电传感器课后习题集答案在学习压电传感器的过程中,课后习题是巩固知识、检验自己学习成果的重要方式。

下面是一些压电传感器课后习题的答案,希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是压电效应?压电效应是指某些晶体在受到机械应力时会产生电荷,或者在电场作用下会发生机械变形的现象。

2. 压电传感器的工作原理是什么?压电传感器利用压电效应,将机械应力转化为电信号。

当传感器受到外力作用时,晶体发生变形,产生电荷,通过电路输出电信号。

3. 压电传感器有哪些应用领域?压电传感器广泛应用于工业自动化、医疗设备、汽车电子、航空航天等领域。

例如,压力传感器用于测量液体或气体的压力,加速度传感器用于测量物体的加速度等。

4. 压电传感器有哪些特点?压电传感器具有高灵敏度、宽频率响应范围、快速响应速度、良好的稳定性和可靠性等特点。

5. 压电传感器的灵敏度是什么?灵敏度是指传感器输出信号与输入量之间的关系。

在压电传感器中,灵敏度表示为输出电荷与输入机械应力之间的比值。

6. 压电传感器的频率响应范围是什么?频率响应范围是指传感器能够正常工作的频率范围。

对于压电传感器来说,频率响应范围一般在几十Hz到几百kHz之间。

7. 压电传感器的温度特性如何?压电传感器的温度特性是指在不同温度下传感器输出信号的稳定性。

一般情况下,压电传感器具有较好的温度特性,但在极端温度条件下可能会出现信号漂移或失真。

8. 压电传感器的安装注意事项有哪些?在安装压电传感器时,需要注意以下几点:保持传感器与被测物体的良好接触,避免外界干扰信号,避免超过传感器的额定工作范围,确保传感器的电路连接正确。

9. 压电传感器的维护保养方法有哪些?为了保证传感器的正常工作,需要定期清洁传感器表面,避免接触腐蚀性物质,避免过度振动和冲击,及时更换老化或损坏的传感器。

10. 压电传感器的未来发展趋势是什么?随着科技的不断进步,压电传感器的发展趋势主要体现在小型化、集成化、智能化和多功能化方面。

压电式传感器ppt课件

压电式传感器ppt课件
压电效应最为显著;
图5.3.1石英晶体
Y轴: 机械轴或2轴,
该轴加力变形最大;
Z轴: 光轴或3轴,光线沿该轴通过晶体时不产生双折(X轴)方向的力作用下产生电荷;
“横向压电效应”:
沿机械轴(Y轴)方向的力作用下产生电荷;
在光轴(Z轴)方向的力作用下不产生压电效应。
晶体切片
图5.3.4 石英晶体的压电效应
(a)正负电荷是互相平衡的,外部没有带电现象;
(b)在X轴方向压缩,A面呈现负电荷、B面呈现正电荷; (c)沿Y轴方向压缩,在A面和B面分别呈现正、负电荷 。
石英晶体
一种天然晶体,压电系数d11=2.31×10-12C/N; 莫氏硬度为7、熔点为1750℃、膨胀系数仅为钢的1/30。 优点:
当压力撤消后,陶瓷片恢复原状,片内的正、 负电荷之间的距离变大,极化强度也变大,因此电 极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象。 放电电荷的多少与外力的大小成比例关系
Q d33 F (5.3.3)
Q——电荷量;d33——压电陶瓷的压电系数; F——作用力
对于压电陶瓷,通常取它的极化方向为z轴,垂直
两个压电片的联接方式
图5.3.9 两个压电片的联接方式
(a) “并联”,Q’=2Q,U’=U,C’=2C 并联接法输出电荷大,本身电容大,时间常数大,
适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方。
(b) “串联” Q’=Q,U’=2U,C’=C/2 而串联接法输出电压大,本身电容小。适宜
用于以电压作输出信号,且测量电路输入阻抗很 高的地方。
压电系数较高,各项机电参数随温度、时间等外 界条件的变化小,在锆钛酸铅的基方中添加一两种微 量元素,可以 获得不同性能的PZT材料。
( 3 ) 铌 镁 酸 铅 Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3 压 电 陶 瓷 (PMN)

传感器课后答案解析

传感器课后答案解析

第1章概述1.什么是传感器传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器的共性是什么传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。

传感器由哪几部分组成的由敏感元件和转换元件组成基本组成部分,另外还有信号调理电路和辅助电源电路。

传感器如何进行分类(1)按传感器的输入量分类,分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

(2)按传感器的输出量进行分类,分为模拟式和数字式传感器两类。

(3)按传感器工作原理分类,可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。

(4)按传感器的基本效应分类,可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。

(5)按传感器的能量关系进行分类,分为能量变换型和能量控制型传感器。

(6)按传感器所蕴含的技术特征进行分类,可分为普通型和新型传感器。

传感器技术的发展趋势有哪些(1)开展基础理论研究(2)传感器的集成化(3)传感器的智能化(4)传感器的网络化(5)传感器的微型化改善传感器性能的技术途径有哪些(1)差动技术(2)平均技术(3)补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理第2章传感器的基本特性什么是传感器的静态特性描述传感器静态特性的主要指标有哪些答:传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时,输出量和输入量之间的关系。

主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。

传感器输入-输出特性的线性化有什么意义如何实现其线性化答:传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。

常用的线性化方法是:切线或割线拟合,过零旋转拟合,端点平移来近似,多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。

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即ω (Ca+C)R》1, 那么理想情况 下输入电压幅值Uim:
d 33 Fm U im Ca C
U im R(Ca C ) 2 2 U am 1 (R) (Ca C )


2013-8-6
23
U im R(Ca C ) 2 2 U am 1 (R) (Ca C )
A
KT e
ln
N AT N BT
T
B
T0
热电效应-回路总电势
EA (T , T0 )
A
EAB (T )
EAB (T0 )
B
EB (T , T0 )
EAB (T , T0 ) EAB (T ) EB (T , T0 ) EAB (T0 ) EA (T , T0 )
忽略温差电势后有: EAB (T , T0 ) EAB (T ) EAB (T0 )
14
三、压电传感器的等效电路和测量电路
以压电效应为基础的压电传感器是一种具有高内阻而 输出信号又很弱的有源传感器。在进行非电量测量时,为 了提高灵敏度和测量精度,一般采取多片压电材料组成一 个压电敏感元件,并接入高输入阻抗的前置放大器。
三、压电传感器的等效电路和测量电路 (一)等效电路
压电传感器在受外力作用时,在两个电极表面将要 聚集电荷,且电荷量相等,极性相反。这时它相当于 一个以压电材料为电介质的电容器,其电容量为
r 0 S Ca
ε 0为真空介电常数;ε r为压电材料的相对介电常数; δ 为压电元件的厚度;S为压电元件极板面积。
2013-8-6 16
1、等效电路
因此可以把压电式传感器等效成一个与电容相并联 的电荷源,也可以等效为一个电压源与电容串联。
Ca
q
Ca
q Ua Ca
q Ua Ca
Ua
电荷等效电路
电压等效电路
2013-8-6
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2、完整等效电路
压电传感器与测量仪表联接时,还必须考虑电缆电容 CC,放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci以及传感器的 泄漏电阻Ra。
压电传感器的实际等效电路
2013-8-6
19
3、灵敏度 既然压电传感器可以等效为电压源或电荷源,那 么,压电传感器的灵敏度也有两种表示方式。


令: 1Leabharlann 1 R(Ca C )
U im 2 U am 1
1
2
1 1 arctg ( ) arctg ( ) 2 2 1
2013-8-6
24
讨论




ω =0(静态量)时→Uim=0(输入电压为零) 原因:由于等效电阻不可能无穷大,存在电荷泄漏,所 以不能测量静态量 ω τ >>3(高频情况),Uim/Uam≈1,实际接近理想 输入电压与作用力频率无关 τ 一定,ω 越高,高频响应越好 对低频测量情况:τ 一定,ω ↓偏差越大 所以要求τ 要大,扩大低频响应范围 输出电压灵敏度受电缆分布电容影响
粘贴 位置
使用时,用瞬干胶将 其粘贴在玻璃上。当 玻璃遭暴力打碎的瞬 间,压电薄膜感受到 剧烈振动,表面产生 电荷Q ,在两个输出 引脚之间产生窄脉冲 报警信号。
2013-8-6
33
☎带通滤波使玻璃振动频率范围内的输出电压信号通过,
其它频段的信号滤除。 ☎比较器作用是当传感器输出信号高于设定的阈值时, 输出报警信号, 驱动报警执行机构工作。如进行声光 报警。
y
压电效应
2013-8-6
逆压电效应
7
_
在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应
十分微弱。随着对材料的深入研究, 发现石英晶体、钛
酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
2013-8-6
8
二、压电材料及特性

压电传感器中的压电元件材料一般有三类:
1. 2.
3.
压电晶体(如石英晶体); 经过极化处理的压电陶瓷; 高分子压电材料。
27

电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为 电压(Q/U转换器),但并无放大电荷的作用,只 是一种习惯叫法。
电荷放大器外形
四通道电荷放大器外形
2013-8-6 28
四、压电传感器应用
压电传感器可以直接用于测力或测量与力有关的压力、 位移、振动加速度等。 (1)基座和外壳 (2)压电元件 (3)敏感元件 (4)预载件 (5)引线及插件
2013-8-6
9
1、石英晶体


石英晶体是最常用的压电晶体之一。 它理想的几何形状 为正六面体晶柱。 在晶体学中可用三根互相垂直的晶轴表示,其中纵向轴Z 称为光轴;经过正六面体棱线且垂直于光轴的x轴称为电 轴;与x轴和z轴同时垂直的y轴称为机械轴。
z
x
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y
10
石英晶体的三个晶轴

由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。
第七章 压电式传感器

压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电 效应, 是典型的有源传感器。 当材料受力作用而变形时, 其表面会有电荷产生,从 而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小, 重量 轻, 工作频带宽等特点, 因此在各种动态力、 机械冲 击与振动的测量, 以及声学、 医学、力学、宇航等方 面都得到了非常广泛的应用。

2013-8-6
6
一、压电效应


天然结构的石英晶体呈六角形晶柱,用金刚石刀具切 割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时,晶格 产生变形,表面产生正电荷,电荷Q与所施加的力F成 正比,这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。把这种机械能转为电能的现 象, 称为“正压电效应”。有一些人造的材料也具有 压电效应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压,它就会产生 机械变形。当去掉外加电场时,电介质的变形随之消 失,这种现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。
2013-8-6
37
简要复习
1.理解压电传感器工作原理; 2.会分析设计等效电路、测量电路; 3.会使用压电传感器 预习: 霍尔传感器
2013-8-6
第四章 非电量的电测技术
固定T0后有:
EAB (T , T0 ) f (T ) C
热电偶测温基本定律
T T0 1)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路,不论导 体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产 生热电动势。
T
T0
V
2)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体,只 要其两端的温度相等,该导体的接入就不会影响 热电偶回路的总热电动势。
2013-8-6
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(四)压电式动态力传感器以
及在车床中用于动态切削力的
测量
2013-8-6
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(五)压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用
压电传感器测量双腿 跳的动态力
压电式步态分析 跑台 压电式纵跳训练分析 装置
2013-8-6
36
思考题
1.
2.
3.
什么是正压电效应和逆压电 效应? 压电传感器能否用于静态测 量? 电荷放大器和电压放大器有 何特点?
前次课程简要回顾-热电偶
热电效应
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合 回路,当两个接点温度不同时,在回路中就会产 生热电势,形成电流,此现象称为热电效应。
原理-热电效应
温差电动势
T
接触电动势
A
T0
B
E A(T ,T0 )
K e

1 NA T0
T
d ( N At )
E AB (T )
a. 一种用单位外力作用下产生的电压表示,称为电压 灵敏度,用ku表示,ku=u/F;
b. 另一种则可用单位外力作用下产生的电荷表示,称 为电荷灵敏度,用kq表示,kq=q/F。 电压灵敏度与电荷灵敏度的关系用下式表示:
ku
kq Ca
20
2013-8-6
(二)测量电路


压电传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小, 因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的 前置放大器,其作用: 1. 一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗; 2. 二是放大传感器输出的微弱信号。 压电传感器的输出可以是电压信号,也可以是电荷 信号,因此前置放大器也有两种形式:电压放大器 和电荷放大器。
U i d 33 F
2013-8-6
jwR 1 jwR(C Ca )
22
前置放大器的输入电压的幅值:
U im

2
d33 FmR 1 2 R 2 (Ca C )
arctan[ (Ca C ) R ]
输入电压和作用力之间相位差:
理想情况下, 传感器的Ra电阻值与 前置放大器输入电阻Ri都为无限大,
(一)压电式加速度传感器
1、结构:压电片用高压电系数的压电陶瓷制成。两个 压电片并联。质量块用高比重的金属块,对压电元件 施加预载荷。测得加速度传感器输出的电荷便可知加 速度的大小。
壳体 F=ma,F∝a 弹簧 质量块 压电片 基座
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又q∝F
∴q∝a
(二)交通监测
将高分子压电电缆埋在公路上,可以获取车型分类信息 (包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎)、车速监测、收费站地 磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集(道路监 控)及机场滑行道等。
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改善低频特性的措施:
RC C 、R
U im 灵敏度:k Fm
d33 1 (Ca C ) 2 (R) 2
d33 R 1 k Ca C
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