電工學(xué)6壓電式課件

第六章、壓電式傳感器6.1壓電式傳感器

一、變換原理:壓電效應(yīng)

1、某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。yx壓電元件：在壓電材料的兩個(gè)表面加上導(dǎo)電的極板構(gòu)成。F+q=dFd:壓電系數(shù)

縱向壓電效應(yīng)：X方向施力，X方向電荷，產(chǎn)生電荷多少與晶體尺寸無(wú)關(guān)。橫向壓電效應(yīng)：Y方向施力，X方向電荷，產(chǎn)生電荷多少與晶體尺寸有關(guān)。

二、壓電材料（自學(xué)）

壓電晶體；壓電陶瓷；高分子壓電材料

某些物質(zhì)置于電場(chǎng)中，在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)外電場(chǎng)去掉之后，變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)，或稱(chēng)為電壓效應(yīng)，也叫作電致伸縮。

2、逆壓電效應(yīng)

qCiaRiRaCaCaqCL⑴電荷等效電路：電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)等效電路實(shí)際電路Ca：傳感器等效電容；Ra：泄露電阻Ri：放大器的輸入電阻；Ci：放大器的輸入電容；CL：連接電纜電容6.壓電式傳感器

⑵電壓等效電路：電壓源與一個(gè)電容串聯(lián)+-+-CaCiRiRaCaCL等效電路實(shí)際電路6.壓電式傳感器

6.壓電式傳感器

6.2測(cè)量電路

壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過(guò)阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。

1.電壓放大器

（又叫阻抗變換器，將高阻抗輸出轉(zhuǎn)為低阻抗輸出）

UOCa+-CaCiRiRaCL

AUOCa

A等效為+-UaRaCL電壓放大器電路

2、電荷放大器

電荷放大器實(shí)質(zhì)是一個(gè)深度負(fù)反饋、高增益的運(yùn)算放大器，在上圖中，略去了電荷放大器的輸入電阻和傳感器的泄露電阻（但兩個(gè)電阻必須足夠大）。-A：放大器的開(kāi)環(huán)增益，負(fù)號(hào)表示輸入輸出反相；

RF、CF：反饋電阻與反饋電容。

放大器輸入電壓：

放大器輸出電壓：

如果

可忽略傳感器等效電容、連接電纜電容和放大器的輸入電容的影響，即：

從輸出端折合到輸入端

這是電荷放大器的一大優(yōu)點(diǎn)，也是為什么常使用電荷放大器的原因。

6壓電式傳感器6.3壓電傳感器的應(yīng)用

振動(dòng)測(cè)試測(cè)量的參數(shù)：振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度，可通過(guò)積分、微分相互轉(zhuǎn)換。測(cè)振傳感器：又稱(chēng)拾振器。相對(duì)式振動(dòng)傳感器：使用不方便，一般不使用。一、壓電式測(cè)力傳感器二、壓電式加速度傳感器與機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量絕對(duì)對(duì)式振動(dòng)傳感器：質(zhì)量塊+彈簧+阻尼；裝在被測(cè)物體上

6壓電式傳感器6.3壓電傳感器的應(yīng)用

（2）壓電式加速度傳感器測(cè)量范圍：固有頻率一般40—64kHz，可測(cè)頻率范圍小于1/5—1/10的固有頻率附加質(zhì)量的影響：加速度降低，固有頻率降低。（1）位移傳感器電阻式、電感式、電容式和霍爾元件等傳感器均可作為位移傳感器只有當(dāng)質(zhì)量m較大，彈簧剛度較小，振動(dòng)頻率足夠高時(shí)，質(zhì)量塊來(lái)不及跟隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，質(zhì)量塊相對(duì)基座的位移才近似等于振動(dòng)體的振幅。產(chǎn)品壓力變送器

加速度計(jì)力傳感器6壓電式傳感器（3）壓電式超聲波傳感器超聲波傳感器：壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的一個(gè)應(yīng)用：壓電材料（發(fā)射探頭）壓電材料（接收探頭）高頻交變電壓信號(hào)超聲波傳送交變電壓信號(hào)高頻超聲波的波長(zhǎng)短，不易產(chǎn)生繞射，碰到雜質(zhì)或分界面就會(huì)有明顯的反射，方向性好，能定向傳播，在液體和固體中衰減小，有很強(qiáng)的穿透能力。超聲波傳感器的應(yīng)用：無(wú)損、非接觸檢測(cè)

①超聲波探傷（參見(jiàn)教材P92，圖6-16）高頻信號(hào)發(fā)生器（產(chǎn)生高頻正弦信號(hào)）工件發(fā)射探頭接收探頭放大器顯示高頻信號(hào)發(fā)生器（產(chǎn)生高頻正弦信號(hào)）發(fā)射探頭接收探頭放大A/D計(jì)