傳感器原理與應(yīng)用第五章5-3

如圖是壓電式單向測力傳感器的結(jié)構(gòu)圖，主要由石英晶片、絕緣套、電極、上蓋及基座等組成。圖5-11壓力式單向測力傳感器結(jié)構(gòu)圖5.4壓電式傳感器的應(yīng)用傳感器上蓋為傳力元件，它的外緣壁厚為0.1~0.5mm，外力作用使它產(chǎn)生彈性變形，將力傳遞到石英晶片上。石英晶片采用xy切型，利用其縱向壓電效應(yīng)，通過d11實現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換。下圖是一種壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。圖5-12壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖例5-1壓電式加速度傳感器當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，即F=ma式中：F——質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力；

m——質(zhì)量塊的質(zhì)量；

a——加速度。與加速度a成正比。因此，測得加速度傳感器輸出的電荷便可知加速度的大小。此時慣性力F作用于壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷q，當(dāng)傳感器選定后，m為常數(shù)，則傳感器輸出電荷為例5-2壓電式壓力傳感器圖5-19壓電式測壓傳感器引線殼體基座壓電晶片受壓膜片導(dǎo)電片p當(dāng)膜片受到壓力F作用后，在壓電晶片表面上產(chǎn)生電荷。在一個壓電片上所產(chǎn)生的電荷q為即：壓電式壓力傳感器的輸出電荷q與輸入壓強P成正比。例5-3壓電式聲傳感器壓電陶瓷換能器結(jié)構(gòu)圖鋁頭螺釘黃銅尾部壓電陶瓷圓環(huán)當(dāng)交變信號加在壓電陶瓷片兩端面時，由于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，陶瓷片會在電極方向產(chǎn)生周期性的伸長和縮短。當(dāng)一定頻率的聲頻信號加在換能器上時，換能器上的壓電陶瓷片受到外力作用而產(chǎn)生壓縮變形，由于壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，壓電陶瓷上將出現(xiàn)充、放電現(xiàn)象，即將聲頻信號轉(zhuǎn)換成了交變電信號。這時的聲傳感器就是聲頻信號接收器。如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收的聲頻信號即為超聲波，這樣的換能器稱為壓電超聲換能器。例5-4壓電式流量計圖5-21壓電式流量計流量顯示輸出信號換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電超聲換能器每隔一段時間(如1/100s)發(fā)射和接收互換一次。在順流和逆流的情況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。例5-5壓電式傳感器在測漏中的應(yīng)用ABO點LALB地面L如果地面下一均勻的自來水直管道某處O發(fā)生漏水，水漏引起的振動從O點向管道兩端傳播，在管道上A、B兩點放兩只壓電傳感器，由從兩個傳感器接收到的由O點傳來的t0時刻發(fā)出的振動信號所用時間差可計算出LA或LB。兩者時間差為Δt=tA-tB=（LA-LB

）/v又L=LA+LB，所以例5-6壓電聲傳感器在超聲速測量實驗中的應(yīng)用圖5-24超聲速測量實驗裝置信號發(fā)生器S1示波器頻率計S2l游標(biāo)卡尺當(dāng)信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦交流信號加在壓電陶瓷片兩端面時，壓電陶瓷片將產(chǎn)生機械振動，在空氣中激發(fā)出聲波。所以，換能器S1是聲頻信號發(fā)生器。當(dāng)S發(fā)出的聲波信號經(jīng)過空氣傳播到達換能器S2時，空氣振動產(chǎn)生的壓力作用在S2的壓電陶瓷片上使之出現(xiàn)充、放電現(xiàn)象，