压电式传感器振动实验
传感器实验报告
传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。
直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。
放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。
（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。
灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。
因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。
在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。
实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。
在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。
（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。
同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。
（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。
实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。
对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。
实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。
不一致。
可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。
振动传感器校准实验
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力传感器 序列号
电荷放大器 放大倍数
锤帽
测试电压值 换算冲击力值
（V）
（N）
灵敏度 PC / N
4. 调整第一通道“伏/格”为1.00V（屏幕左下角显示，
“秒/格”为25ms(屏幕下中显示）；
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六、注意事项
1. 拔插传感器导线时，一定要关闭仪器电源， 否则容易将放大器输入端烧毁。
2. 调节各输出旋钮时要缓慢，调节过程中应
随时观察仪器是否有异常情况，如有异常应立即 关闭仪器电源。
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1. 压电型加速度传感器
压电式加速度传感器最常见的类型有三种，即中
心压缩型、剪切型和三角剪切型。中心压缩型压电加
速度传感器的敏感元件由两个压电晶体片组成，其上
放有一重金属制成的惯性质量块，用一预紧硬弹簧板
将惯性质量块和压电元件片压紧在基座上。整个组件
就构成了一个惯性传感器（见图1）。为了使加速度
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图2
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电涡流传感器的工作原理如图2所示。
当通有交变电流i的线圈靠近导体表面时，
由于交变磁场的作用，在导体表面层就感
生电动势，并产生闭合环流ie，称为电涡
流。电涡流传感器中有一线圈，当给传感
器线圈通以高频激励电流i时，其周围就产
生一高频交变磁场。当被测的导体靠近传
感器线圈时，由于受到高频交变磁场的作
3. 记录测试数据时应待仪器显示稳定后再读 数，并能分析并剔除测试结果的异常数据。
12第七章 压电式传感器7-2解析
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。
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言压电式传感器是一种常见的传感器类型，利用压电效应来测量物理量。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索压电式传感器的工作原理和应用。
实验目的1. 了解压电效应的基本原理；2. 掌握压电式传感器的工作原理；3. 学习使用实验仪器和测量设备；4. 分析压电式传感器在不同应用场景下的特点和限制。
实验器材与方法1. 实验器材：压电式传感器、信号放大器、示波器、电源等；2. 实验方法：将压电式传感器与信号放大器和示波器连接，通过施加外力或改变环境条件，观察传感器输出信号的变化。
实验过程与结果1. 实验一：压力测量将压电式传感器连接到信号放大器和示波器，施加不同的压力到传感器上，并记录示波器上的输出信号。
结果显示，当施加压力时，传感器输出的电压信号随之增加，表明压电式传感器能够准确测量外部压力。
2. 实验二：温度测量将压电式传感器暴露在不同温度环境下，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随温度的升高而增加，说明压电式传感器对温度变化敏感，并可用于温度测量。
3. 实验三：振动测量将压电式传感器固定在振动源上，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随振动频率和振幅的变化而变化，表明压电式传感器能够测量振动的特征。
讨论与分析1. 压电效应是压电式传感器工作的基础，其原理是施加压力或改变温度会使压电材料产生电荷分离和极化，进而产生电压信号。
2. 压电式传感器的优点包括高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域。
然而，它也存在一些限制，如温度和湿度对传感器性能的影响，以及易受机械冲击和振动的干扰。
3. 在实际应用中，压电式传感器可用于压力、温度、振动等物理量的测量，如工业自动化、医疗设备、环境监测等领域。
结论通过本实验，我们深入了解了压电式传感器的工作原理和应用。
压电式传感器具有广泛的应用前景，但在实际使用中需要考虑其特点和限制。
通过进一步的研究和改进，可以提高压电式传感器的性能和可靠性，推动其在各个领域的应用。
传感器检测技术实验报告
《传感器与检测技术》实验报告姓名：学号：院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器实验室：机械楼5楼同组人员：评定成绩：审阅教师：传感器第一次实验实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。
电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压 1/4o U EK ε=，其中K 为应变灵敏系数，/L L ε=∆为电阻丝长度相对变化。
三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤1. 根据接线示意图安装接线。
2. 放大器输出调零。
3. 电桥调零。
4.应变片单臂电桥实验。
测得数据如下，并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线性拟合曲线：由matlab 拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。
系统灵敏度S =ΔUΔW =0.0535V /Kg (即直线斜率)，非线性误差= Δm yFS =0.0810.7×100%=0.75%五、思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。
答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。
实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。
当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U EK ε=。
8 传感器实验-加速度传感器
传感器实验压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。
虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。
与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
加速度传感器知识准备1 以上知识点，可参阅<M M A 7660.P D F >讯方公司 传感器实验通过本实验了解加速度传感器的硬件电路和工作原理1．编写一个读取加速度传感器输出信号的程序2． 将X 、Y 、Z 三个轴的加速度值分别做简单的处理显示1． 硬件部分（1） 采集节点一个（2）J-Link 仿真器一个 （3） 显示终端一台 （4） 加速度传感器一个2． 软件部分Keil μVision4 开发环境，J-Link 驱动程序1． 加速度传感器工作原理电路中用到，加速度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。
其基本工作原理：经过信号放大电路，加速度传感器电路将感受到X 、Y 、Z 三个轴加速度以数字形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。
加速度传感器工作框图如图5-1：图5-1 电路工作框图2.加速度传感器的硬件电路图电路中，加速度传感器电路如图5-2。
图5-2 加速度传感器原理图3.工作模式:mma7660主要有三种工作模式.(通过设置MODE寄存器)1).Standby(待机)模式此时只有I2C工作,接收主机来的指令. 该模式用来设置寄存器. 也就是说, 要想改变mma7660的任何一个寄存器的值,必须先进入Standby模式. 设置完成后再进入Active或Auto-Sleep模式.2).Active and Auto-Sleep (活动并且Auto-Sleep) 模式mma7660的工作状态分两种, 一种是高频度采样, 一种是低频度采样. 为什么这样分呢, 为了节省功耗,但是在活动时又保持足够的灵敏度. 所以说mma7660的Active模式其实又分两种模式,一种是纯粹的Active模式, 即进了Active模式后一直保持高的采样频率,不变. 还有一种是Active & Auto-Sleep模式, 就是说系统激活后先进入高频率采样,经过一定时间后,如果没检测到有活动,它就进入低频率采样 ,所以就叫做Auto-Sleep, Sleep并不是真的Sleep , 只是说降低采样频率.低频率采样模式又叫Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.3). Auto-Wake (自动唤醒) 模式Auto-Sleep后就进入低频率采样模式,这种模式就叫做Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.讯方公司传感器实验6 实验步骤实验基本步骤如下：1．启动Keil μVision4，新建一个项目工程Bank，添加常用组，并添加相应库函数；2．在user文件中建立main.c,SystemInit.c,PublicFuc.c文件；3．新建一个组sensor，在sensor中编写读取加速度传感器数值变化的代码；4．编译链接工程，并生成hex 文件，所有文件如下图6-1所示：图6-1 文件示意图5．将加速度传感器接到传感器接口1；图 6-2 加速度传感器6．将J-Link仿真器、ZigBee路由器接入传感器采集节点,仿真器USB 接口连入PC 机，插好电源，并打开开发实验箱上的电源开关，如图6-3：图6-3 硬件连接示意图7． 将ZigBee 协调器接入智能网关，插好电源，并打开电源启动智能网关系统，运行传感器实验显示程序；图6-4 传感器实验显示程序电源开关电源传感器接口1传感器接口2传感器接口3J-LINK 接口ZigBee_DEBUG复位 节点按键 拨码开关 ZigBee 按键 红外发射天线指示灯ZigBee 复位讯方公司 传感器实验图6-5 智能网关连接示意图8． 选择【Debug 】->【Start/Stop Debug Session 】,启动J-Link 进行仿真调试； 9． 选择【Debug 】->【run 】或者按快捷键“F5”,运行程序； 10． 验证：移动加速度传感器，观察显示屏上数值的变化；11． 验证完毕后，退出J-Link 仿真界面，关闭Keil μVision4软件；关闭硬件电源，整理桌面； 12． 实验完毕。
实验 压电式传感器实验
实验压电式传感器实验实验项目编码：实验项目时数：2实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√）一、实验目的本实验的主要目的是了压电式传感器的结构特点；熟悉压电传感器的工作原理；掌握压电传感器进行振动和加速度测量的方法。
二、实验内容及基本原理（一）实验内容1．压电传感器进行振动和加速度测量的方法（二）实验原理压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。
压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。
1．压电效应：具有压电效应的材料称为压电材料，常见的压电材料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。
压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。
当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图1 (a) 、(b) 、(c)所示。
这种现象称为压电效应。
(a) (b) (c)图1 压电效应2．压电晶片及其等效电路多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜构成两个电极，如图2(a)所示。
当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。
这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉，因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大，但毕竟不是无穷大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。
从结构上看，它又是一个电容器。
因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如2(b)所示。
其中ea=Q/Ca 。
式中，ea为压电晶片受力后所呈现的电压，也称为极板上的开路电压；Q为压电晶片表面上的电荷；Ca为压电晶片的电容。
实际的压电传感器中，往往用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串联。
电气测试技术实验指导书
机械测试技术实验指导书编写：梁华琪学号：班级：姓名：安徽建筑工业学院机电系机械实验室2007年9月目录CSY－3000系列传感器与检测技术实验台说明书 (2)实验一金属箔式应变片—半桥性能实验 (4)金属箔式应变片—全桥性能实验 (6)实验三直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (8)实验四交流激励时霍尔式传感器的位移实验 (10)实验五霍尔转速传感器测电机转速实验 (12)磁电式转速传感器测速实验 (13)实验七光电转速传感器测速实验 (14)实验八差动变压器的应用—振动测量实验 (15)实验九压电式传感器测振动实验 (17)实验十压阻式压力传感器的压力测量实验 (18)实验十一扭短传感器静态性能实验 (20)实验十二超声波传感器测距实验 (22)CSY－3000系列传感器与检测技术实验台说明书CSY－3000系列传感器与检测技术实验台是在2000系列的基础上加常用的光电探测器实验，主要用于各大专院校、中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工业自动化控制” “非电量电测技术”“光电检测技术”等课程的教学实验。
它是采用最新推出的模块化结构的产品。
实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。
希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。
一、实验台的组成CSY－3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0．6mA－20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪（开关置内为温度调节、置外为转速调节）；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。
压电加速度和电容传感器实验
实验六 压电加速度和电容传感器实验一、压电加速度传感器实验实验目的：了解压电加速度传感器的原理、结构及应用。
实验准备：预习实验仪器和设备：低频振荡器（激振信号）、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电加速度传感器、双踪示波器。
实验原理：质量块在加速度的作用下产生惯性力，惯性力作用于压电传感器则生成电荷。
实验注意事项：1．双平行梁振动时应无碰撞现象，否则将严重影响输出波形。
必要时可松开梁的固定端，小心调整一个位置再试。
2．低频振荡器的幅度应适当，避免失真。
实验内容：（1）观察装于双平行梁上的压电加速度传感器的结构，它主要由压电陶瓷片及惯性质量块组成。
（2）低频振荡器的输出（V0、GND）接双平行梁的激振器Ⅱ。
（3）低频振荡器的输出（V0）接移相器，移相器的输出接相敏检波器的控制端5（AC）。
（4）将压电加速度传感器的输出接到电荷放大器的输入端，引线要尽量地短，尽可能用屏蔽线。
然后将电荷放大器的输出接到相敏检波器，通过低通滤波接至电压表的输入端，同时在电荷放大器的输出端用示波器观察输出波形（如图14所示）。
（5）卸去测微头。
（6）开启电源，观察双平行梁是否振动，如无，检查低频振荡器的输出是否正确接到激振器Ⅱ上，适当调节低频振荡器的幅度，不宜过大。
（7）用示波器的观察电荷放大器的输出波形和电压表的读数（需要按前面的方法调移相器）。
（8）改变频率，观察输出波形的变化和电压表的读数。
（9）用手轻击试验台，观察输出波形的变化。
可见敲击时输出波形会产生 ，试解释原因。
二、电容传感器实验实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
实验准备：预习实验仪器和设备：电容传感器、电容变换器、差动放大器、F/V表、低通滤波器、激振器、示波器。
实验内容：（1）差动放大器调零，按图14接线。
（2）差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表打到2V档，调节测微头使输出为零。
(3)旋动测微头，每次位移0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。
压电式传感器测振动实验
压电式传感器测振动实验
一、实验目的：
了解压电式传感器测量振动的原理和方法。
二、实验仪器：
振动源、信号源、直流稳压电源、压电传感器模块、移相检波低通模块。
三、实验原理：
压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。
四、实验内容与步骤
1．将压电传感器安装在振动梁的圆盘上。
2．将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”，并按下图30-1接线，合上主控台电源开关，调节低频调幅到最大、低频调频到适当位置，使振动梁的振幅逐渐增大。
3．将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端Ui1，Uo1
接Ui2，Uo2接移相检波低通模块低通滤波器输入Ui，输出Uo接示波器，观察压电传感器的输出波形Uo。
图1压电传感器实验模块
五、实验报告
改变低频输出信号的频率，记录振动源不同振动幅度下压电传感器输出波形的频率和幅值。
并由此得出振动系统的共振频率。
压电式传感器振动实验报告
压电式传感器振动实验报告一、实验背景压电传感器是一种常用的传感器，它通过检测压电结构上的振动来测量物体的运动，从而获取物体的位置、位移等信息。
本实验旨在观察压电传感器振动的特性，总结出压电传感器的研究结论。
二、实验目的1、掌握压电传感器的原理；2、熟悉实验设备；3、观察压电传感器在不同频率振动情况下的振动特性；4、总结出压电传感器研究的结论。
三、实验设备本实验使用的是基于德国宇航技术有限公司（DLR）提供的DLR-100压电传感器，该传感器具有5组电极，其中一组用于振动传感（另外4组为框架接触检测）。
实验使用的振动发生器是美国凯利（Kelley）公司的Khlert型振动发生器，其输出振动频率范围为0-200 Hz，输出振幅范围为0.1-200 mV。
本实验使用的振动放大器是美国凯利（Kelley）公司的Khlert型振动放大器，其输出振幅范围为0.1-200 mV，振动波形为正弦波。
四、实验步骤1、安装压电传感器：将压电传感器安装在振动台和振动源上，确保压电传感器的垂直；2、连接电源：使用相应的电源线将压电传感器、振动发生器和振动放大器相互连接；3、调整振动参数：调节振动发生器的频率和振幅，使振动指定的参数；4、观察压电传感器振动特性：观察压电传感器在不同频率振动情况下的振动特性；5、数据分析：将获得的数据进行分析，得出压电传感器的研究结论。
五、实验结果1、在实验中，压电传感器的波形很稳定，在振动频率从0到100 Hz时，压电传感器的灵敏度变化趋势比较平缓，在100 Hz以上时，压电传感器的灵敏度开始下降；2、当调整振动频率到200 Hz时，压电传感器的灵敏度较低，但在此频率以下时，压电传感器的灵敏度依然较高；3、当调整振动振幅时，压电传感器的灵敏度也有明显的变化，在较小的振幅下灵敏度较高，随着振幅增大，灵敏度逐渐降低。
六、实验结论本实验表明，压电传感器在不同频率振动情况下的灵敏度具有一定的变化规律，可以根据实际应用需要来调整振动参数。
压电式传感器
压电式传感器是基于压电效应的传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器。
它的敏感元件由压电材料制成。
压电材料受到力后表面产生电荷。
此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。
压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。
它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
2压电式传感器的基本原理2.1 压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。
用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。
压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式，如下图所示。
压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这 5种状态下产生压电效应。
例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
2.2 压电材料压电式传感器可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。
压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。
其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。
压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。
压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。
缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰。
有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。
有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。
压电式传感器振动实验报告
压电式传感器振动实验报告
引言
压电式传感器是近年来应用广泛的一种传感器，被应用于振动检测、振动分析、振动监测等领域，为计算机系统采集振动信号提供了一种新的方法。
本实验以陶瓷作为介质，介绍如何用压电式传感器来检测振动，以及用相应的实验设备来检验压电式传感器的振动检测功能。
实验内容
1.实验前的准备工作
（1）实验前需要准备一个压电式传感器，这种传感器可以检测振动；
（2）准备一个振动台，这个振动台可以在实验过程中提供振动。
（3）准备一台计算机，用于记录压电式传感器检测到的振动信号。
2.压电式传感器安装
（1）在振动台上安装压电式传感器，将压电式传感器安装在振动台上；
（2）将压电式传感器连接到计算机上，这样可以将检测到的振动信号传送到计算机；
（3）开启计算机，打开软件，将压电式传感器和计算机连接起来，就可以在软件中查看振动信号。
实验结果
按照上述步骤，实验中使用的压电式传感器能够正常检测到振动信号，同时在计算机上可以显示出检测到的振动信号，如下图所示：结论
根据本实验的结果可以看出，压电式传感器能够正常检测出振动信号，并能够将振动信号传输到计算机上，它可以在检测和监控振动信号方面发挥作用，因此可以作为一种新的检测振动的方法。
压电式加速度传感器的开发与仿真试验
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查阅资料,翻译文献 系统分析,完成开题报告 系统功能设计、数据库设计 系统功能模块设计 各功能模块程序开发 程序调试，修改 论文书写 论文修改 准备答辩，制作演示软件 论文答辩
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注：1. 此表由指导教师填写； 2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据； 3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。
三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表
时间 内容 组织纪律 第 一 阶 段 组织纪律 第 二 阶 段 组织纪律 第 三 阶 段
完成任务情况
完成任务情况
完成任务情况
检 查 记 录
教师 签字 签字
注：1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。 2. “组织纪律”一档应按《长沙理工大学学生学籍管理实施办法》精神，根据学生具体执行情况，如实填写。 3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议 4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。
2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。 3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。 4.《毕业设计(论文)成绩评定书》一份。 5．论文电子文档[由各学院收集保存]。
学生送交全部文件日期
学生（签名）
成都理工大学传感器原理及检测技术实验报告
本科生实验报告实验课程传感器原理及检测技术学院名称专业名称学生姓名学生学号指导教师实验地点实验成绩二〇年月二〇年月目录第1章电阻式传感器 (1)1.1 应变片单臂电桥实验 (1)1.2 应变片半桥性能实验 (2)1.3 应变片全桥性能实验 (4)1.4 应变片单臂、桥、全桥性能比较 (5)1.5 应变片直流全桥的应用—电子秤实验 (6)1.6 压阻式压力传感器测量压力特性实验 (7)第2章变电抗式式传感器 (9)2.1 差动变压器的性能实验 (9)2.2 电容式传感器的位移实验 (11)2.3 电涡流传感器位移实验 (12)2.4 被测体材质对电涡流传感器特性影响 (15)2.5 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (17)2.6 电涡流传感器测量震动实验 (19)第3章电动势式传感器 (21)3.1 线性霍尔传感器位移特性实验 (21)3.2 线性霍尔传感器交流激励时的位移性能实验 (22)3.3 开关式霍尔传感器测转速实验 (25)3.4 磁电式传感器测转速实验 (26)3.5 压电式传感器测振动实验 (27)第4章温度检测 (29)4.1 温度源的温度调节控制实验 (29)4.2Pt100铂电阻测温特性实验 (30)第5章自主设计传感器实验 (32)5.1 光敏电阻及三极管应用电路实验 (32)5.2 热敏／湿敏电阻运算放大电路实验 (34)5.3 MQ-3酒精气敏传感器实验 (35)第1章电阻式传感器1.1 应变片单臂电桥实验1.1.1实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用，并掌握应变片测量电路。
1.1.2实验步骤：第一步准备好实验器材直流稳压电源，电压表应变式传感器，实验箱托盘砝码，给出实验参数四个应变片阻值都为350欧姆。
第二步差动放大器调零，并连接好线路并调节实验适合量程及数据。
第三步进行单臂电桥实验，按照要求连接线路后，使用如下实验电路，调节到适当档位，根据实验注意事项，小心进行实验。
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言：压电式传感器是一种常用的传感器，利用压电效应将压力、力或加速度等物理量转换为电信号。
本实验旨在通过实际操作，了解压电式传感器的工作原理、特性及应用，并通过实验数据分析，探讨其在工程领域中的应用前景。
实验装置与步骤：实验装置包括压电式传感器、信号放大电路、数据采集卡和计算机等。
首先，将压电式传感器连接至信号放大电路，再将信号放大电路与数据采集卡相连，最后将数据采集卡连接至计算机。
在实验过程中，需要注意保持实验环境的稳定，避免外界干扰。
实验一：压电式传感器的特性测试在此实验中，我们将测试压电式传感器的灵敏度、频率响应和线性度等特性。
首先，将压电式传感器固定在测试台上，然后通过施加不同大小的压力来模拟实际应用中的不同工况。
同时，通过改变施加压力的频率，测试传感器的频率响应特性。
最后，记录并分析实验数据，得出传感器的灵敏度和线性度等参数。
实验二：压电式传感器在振动测量中的应用压电式传感器在振动测量中有着广泛的应用。
在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同振动源的振动信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。
通过对振动信号的频谱分析，我们可以了解振动源的频率成分及其强度，从而为工程设计提供参考依据。
实验三：压电式传感器在压力测量中的应用压电式传感器在压力测量中也有着重要的应用。
在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同压力下的电信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。
通过对压力信号的变化趋势进行分析，我们可以了解被测对象的压力状态及其变化规律，从而为工程设计提供参考依据。
实验结果与分析：通过实验数据的分析，我们可以得出压电式传感器的灵敏度、频率响应、线性度等参数。
同时，我们还可以通过对振动信号和压力信号的分析，了解被测对象的振动状态和压力状态。
这些分析结果对于工程设计和故障诊断等领域具有重要的参考价值。
结论：压电式传感器是一种常用的传感器，具有灵敏度高、频率响应广、线性度好等优点。
机械振动实验指导书
机 械 振 动 实 验 指 导 书第一章 实验用传感器原理传感器又叫拾振器，是将机械量（力、位移、速度、加速度等）按比例转化成电量的装置。
我们将要使用的传感器有两类：电涡流式位移传感器；压电式加速度传感器和力传感器。
一、电涡流式位移传感器位移传感器又叫位移计。
电涡流式位移计是一种相对式测量的非接触型传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体振动的位移或振幅的。
在工作时传感器用支架固定在地基上，并与被测物体有一定的初始间隙d 0 ，当被测物体产生振动时，将引起d 0的变化，该变化量经电涡流传感器转换为电信号，然后经前置器输出到位移测量仪上进行测量。
电涡流传感器的基本原理如下图。
在传感器的线圈中有1 MHz 的高频电流通过，它可与被测物体（导体）之间会产生互感，当传感器与被测物体的间距保持在一定范围内时，可以使前置器的输出电压与该距离成正比，从而实现测量。
如果被测物体是非金属材料的，则测量时必须在其表面固定一厚度在0.2mm 以上，直径是传感器2倍以上的金属片。
这种传感器受测量原理的制约，只能用来测量振幅在1mm 以内的振动。
但是，电涡流位移计具有频率范围宽（DC — 10 kHz ）、灵敏度高、结构简单以及非接触测量等优点，因此在工业监测及科研中得到广泛应用。
二、压电式加速度传感器加速度传感器又叫加速度计。
压电式加速度计是一种惯性式传感器，即传感器在使被测物体位移测量仪前置器 接电脑用时固定在被测物体上与被测物体一起振动，测量结果是相对于地球上惯性坐标系的。
惯性式传感器的基本原理在机械振动的教材中已有介绍。
当ω/ωn<<1时，传感器内的质量块相对于其外壳的相对位移正比于被测物体的加速度幅值，因而传感器构成加速度计。
为了扩大加速度计的使用频率上限，应当尽可能提高加速度计本身的固有频率，一般压电式加速度计的固有频率可在20 kHz以上。
压电式加速度计利用压电晶体的压电效应来实现信号转换。
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复习引入
• 1. 问：学过哪几种传统的传感器？其对应的敏 感元件是哪些？答： 式传感器、 式传感 器及 式传感器。
• 2.压电效应现象？ •某些电介质（晶体，极化的陶瓷，高分 子聚合物和负合材料等），当在它的适 当方向施加作用力时，内部会产生电极 化状态的变化，同时在电介质的两端表 面出现符号相反、与外力成正比的束缚 电荷。这种由外力作用而导致电介质带 电的现象即为压电效应。
当振荡频率大约为10hz时，产生共振。
2、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器 输入 端和输出端波形。
作业
1、完成实验报告。 2、影响压电传感器测量精度的因素？ 3、压电传感器存在于生活的每个角落,看下面的 事例，说明这是实现什么测量的？还能说出压 电式传感器在其他方面的应用吗？
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高分子压电电缆
粘贴 位置
质量块
压电式传感器振动实验
实验任务
理解压电传感器的测量振动的原理和方法。
基本原理：
1、压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片 等组成。 2、工作时传感器感受与试件相同频率的振动， 质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上， 由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速 度的表面电荷。
实验设备
• 3.问：家里的 燃气灶是如 何实现点火 的？ 在燃气灶中，多片串联的压电材料受到 敲击，产生很高的电压，通过尖端放电 而点燃（电子打火机同理）。
• 4. 敦煌的鸣沙丘上， 当许多游客在沙丘 上蹦跳或从鸣沙丘 上往下滑时，可以 听到雷鸣般的隆隆 声,是什么原因呢 ？
甘肃敦煌“鸣沙山”
内蒙古达拉特奇“响沙湾”
振动源、信号源、直流稳压电源 压电传感器模块、移相检波低通模块
实验步骤
（1）校正示波器输出电压:打开示波器电源 开关，将探头上的开关设定为×1，并与通道1 连接（图1）。将探头端部与CAL校正信号 （5V,1KHZ）输出端连接器相连，基准导线与地 线连接器相连，打开通道，然后按自动设置。 检查所显示波形的形状（见图2、3、4）
实验步骤
（5）合上主控箱电源开关，调节低频振荡 器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察 示波器波形。 （6）改变低频振荡器的频率，观察输出波 形变化。
振动 5 频率 V（V） 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
结果分析
1、改变信号源信号频率，观察输出波形的变 化。
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甘肃敦煌“鸣沙山”
•产生原因：无 数干燥的沙子 （SiO2晶体）在 振动压力下，表 面产生电荷，在 某些时刻，恰好 形成电压串联， 产生很高的电压， 并通过空气放电 而发出声音。
内蒙古达拉特奇“响沙湾”
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玻璃破碎报警装置
将高分子压电测 振薄膜粘贴在玻璃上， 可以感受到玻璃破碎 时会发出的振动，并 将电压信号传送给集 中报警系统。
图-3 补偿不足 图-2补偿过度
图-4 补偿正确
图-1
实验步骤
（2）将压电传感器安装在振动梁的圆盘上。 （3）将实训台信号源的 “低频输出”接到振 动源的“低频输入”端，并按下图接线。
图5 压电式传感器性能实验接线图
实验步骤
（4）将压电传感器的输出端接到压电传感器 模块的输入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相检 波低通模块低通பைடு நூலகம்波器输入Ui，输出Uo接示 波器，观察压电传感器的输出波形Uo。