压电加速度传感器原理PPT课件

加速度传感器的种类繁多，依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的 检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁 式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等；按检测质量的支承方式来分， 则可分为悬臂梁式加速度传感器原理
压电加速度传感器，采用剪切和中心压缩结构形式。其原理利用压 电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定 的情况下与加速度值成正比。当被测振动频率远低于加速度计的固 有频率时，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成 正比。 经过简化后的方程为： Q＝dij﹒F=dij﹒M﹒a Q――压电晶体输出的电荷 dij――压电晶体的二阶压电张量。 M――传感器的敏感质量。 a――所受的振动加速度值。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪 表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环 境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分 析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
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压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性曲线 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图。一般小阻 尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅 值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误 差小于0.5dB（即6%），相移小于30。 但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频 曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难 于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降
压电式加速度传感器构成元件
常用的压电式加速度计的结构 形式如图所示，是由预压弹簧， 质量块，基座，压电元件和外 壳组成。图中为环形剪切型， 结构简单，能做成极小型、高 共振频率的加速度计，环形质 量块粘到装在中心支柱上的环 形压电元件上。由于粘结剂会 随温度增高而变软，因此最高 工作温度受到限制。
压电式加速度传感器及其应用
加速度传感器概况
加速度检测是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量，是一 种全自主的惯性测量，加速度检测广泛应用于航天、航空和航海的惯性导 航系统及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地 基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。
测量加速度，目前主要是通过加速度传感器（俗称加速度计），并配以适 当的检测电路进行的，在(1～64)Hz的设备频率下典型的加速度测量范围为 (0．1～10)g。
压电加速度传感器实质上相当于一个电荷源和一只电容器，通过等 效电路简化后，则可算出传感器的电压灵敏度为：
Sv＝SQ/Ca SV――传感器电压灵敏度 mv/ms^2 SQ――传感器的电荷灵敏度 pC/ms^2 Ca――传感器的电容量 pF
压电式加速度传感器的实际应用
目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动 态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会 智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护 由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬 盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的 数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手 部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。
压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电 压放大器就是高输入阻抗的比例放大 器，其电路比较简单，但输出 受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以 电容作负反馈，使用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中， 通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。
压电式加速度传感器的灵敏度
压电加速度计的前置放大器压电元件受力后产生的电荷量极其微弱， 这电荷使压电元件边界和接在边界上的导体充电到电压U=q/Ca（这 里Ca是加速度计的内电容）。
要测定这样微弱的电荷（或电压）的关键是防止导线、测量电路和 加速度计本身的电荷泄漏。换句话讲，压电加速度计所用的前置放 大器应具有极高的输入阻抗，把泄漏减少到测量准确度所要求的限 度以内。