任務(wù)3：玻璃破碎報警器的設(shè)計

《自動檢測技術(shù)》

項目4:玻璃破碎報警器的設(shè)計

任務(wù)3：玻璃破碎報警器的設(shè)計壓電式傳感器

壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì)，當沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶電的狀態(tài)。逆壓電效應(yīng)

當沿電介質(zhì)極化方向?qū)ζ涫┘与妶?，這些電介質(zhì)會產(chǎn)生幾何變形。壓電材料的主要特性參數(shù)壓電常數(shù)：衡量壓電效應(yīng)強弱的參數(shù)。彈性常數(shù)：決定壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。介電常數(shù)：其絕緣電阻將減少電荷泄漏，改善壓電傳感器的低頻特性。電阻：居里點溫度：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。衡量壓電材料機、電能量轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。機械耦合系數(shù)：石英晶體光軸機械軸電軸橫向壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)不產(chǎn)生石英晶體石英晶體石英晶體不受外力時沿X軸受力沿Y軸受力石英晶體石英晶體的壓電效應(yīng)演示

當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，呈電中性，不具有壓電性質(zhì)。當外加電場增強到一定程度，材料的極化達到飽和程度時，所有電疇極化方向與外電場方向一致，即使外電場去掉，電疇極化方向基本不變，此時材料才具有壓電特性。因受力而產(chǎn)生的由機械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象。正壓電效應(yīng)：d33q=F壓電陶瓷的壓電系數(shù)電荷量壓電式傳感器基本原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)，當有外力作用在壓電材料上時傳感器就有電荷（或電壓）輸出壓電元件的連接方式：+－+++++++++－－－－++++－并聯(lián)串聯(lián)輸出電荷大輸出電壓高在壓電式傳感器中，常用兩片或多片組合在一起使用。由于壓電材料是有極性的，因此接法也有兩種，如下圖所示。圖a為并聯(lián)接法，圖中b為串聯(lián)接法并聯(lián)接法適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場合。

串聯(lián)接法適宜用于以電壓作為輸出信號，且測量電路

輸入阻抗很高的場合。壓電式傳感器壓電傳感器的應(yīng)用當受到外力作用時，它將產(chǎn)生彈性形變，將力傳遞到石英晶片上，利用石英晶片的壓電效應(yīng)實現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換。壓電式測力傳感器它的測力范圍是0～50N，最小分辨率為0.01N，絕緣阻抗為，固有頻率為50～60kHz。非線性誤差小于±1%。整個該傳感器重為10g，可用于機床動態(tài)切削力的測量。壓電式測力傳感器壓電加速度傳感器當傳感器與被測物體一起受到?jīng)_擊振動時，由于彈簧的剛度相當大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對較小，可認為質(zhì)量塊的慣性很小，因此，質(zhì)量塊與傳感器基座感受到相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力為傳感器輸出的電荷與作用力成正比，即壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器它的主要優(yōu)點是；靈敏度高、體積小、重量輕、測量頻率上限較高、動態(tài)范圍大。但易受外界干擾，在測試前需進行各種校驗。YD型壓電式加速度傳感器壓電加速度計是以壓電晶體做敏感件。體積小、重量輕、輸出信號大，固有頻率高，可用于測量振動、沖擊等信號。其外形見下圖。

6100系列壓電加速度計

HZ-9508型測振表是用于旋轉(zhuǎn)機械進行振動測量、簡易故障診斷的一種便攜式數(shù)字顯示測振表，用YD型壓電式加速度傳感器作為表頭。它除了可測量一般機械振動產(chǎn)生的加速度、速度、位移等參數(shù)外，還具有測量齒輪、軸承故障產(chǎn)生的高頻加速度值的功能，并具有低電壓監(jiān)測功能。其外形結(jié)構(gòu)如右圖所示。HZ-9508型測振表

壓電元件用來感知玻璃受到撞擊時產(chǎn)生的振動波，外形及內(nèi)部電路見下圖所示。傳感器把振動波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報警使用時，將傳感器用膠粘貼在玻璃上，然后通過電纜和報警電路連接。R3906V紅色VT3DJ6HGVD1VD2SPDsC0.022μF壓電傳感開關(guān)電路壓電傳感開關(guān)電路中，vT采用場效應(yīng)管3DJ6H，SP采用壓電陶瓷片。接通電源時，電容器C極板兩端電壓為零，與之相連的場效應(yīng)管控制柵極板G的偏壓為零，這時vT（），紅色發(fā)光二極管（）。當用小的物體從10cm高度自由落下砸到壓電陶瓷片上時，SP產(chǎn)生負向脈沖電壓，通過二極管vD1向電容器C充電，vT的控制極加上負偏壓，并超過3DJ6H所需的夾斷電壓-9v，這時vT（），紅色發(fā)光二極管（）二極管vD2旁路SP在碰撞結(jié)束后，隨著電容器C上電壓由于元器件漏電而逐漸降低，小于夾斷電壓，vT處于（）狀態(tài)，產(chǎn)生漏源電流，紅色發(fā)光二極管逐漸（），最終電路恢復到初始狀態(tài)。壓電傳感開關(guān)電路晶體管聲、光控開關(guān)電路1、原理電路圖

壓力監(jiān)測電路的設(shè)計與制作

車內(nèi)胎被銳物扎破漏氣部位的氣流聲被傳聲器BM接收，轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電容C2耦合到晶體三極管VT放大，再經(jīng)耦合電容C3、C4并由電位器RP選擇音量后，由SL31集成功率放大器充分放大，由耳機BE放音。選用SL31(或LA4101)低電壓集成功率放大電路，其使用電壓可在2—4.5V間選擇，現(xiàn)用3V工作電源。

壓力監(jiān)測電路的設(shè)計與制作2、制作與調(diào)試印制板參考尺寸為65mm×55mm，可自制。電路板可安裝在小盒內(nèi)，傳聲器BM由屏蔽傳聲器線單獨引出，線長1.2m。在印制電路板非銅箔面裝上電池夾。SL31集成功率放大器焊在銅箔面。元器件全部焊裝后，裝上兩節(jié)電池，旋動電位器RP的撥盤，閉合電源開關(guān)，把電位器旋到約1／3位置處，耳機BE中有極輕微的“沙沙”聲。壓力監(jiān)測電路的設(shè)計與制作

如有“撲撲”聲出現(xiàn)，說明有自激現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)電阻R5，減小SL31集成功率放大器的增益，試試能否消除。