医用传感器6研讨.ppt

第6章 压电式传感器 第6章 压电式传感器 并联方法两片压电晶片的负电荷集中在中间电极上，正电荷集中在两侧的电极上，传感器的电容量大、输出电荷量大、时间常数也大，故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量输出信号。 串联方法正电荷集中于上极板，负电荷集中于下极板，传感器本身的电容量小、响应快、输出电压大，故这种传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。 转动凸轮开关1，利用凸轮凸出部分推动冲击块3，并压缩冲击块后的弹簧2。当凸轮凸出部分脱离冲击块后。由于弹簧弹力作用，冲击块给陶瓷压电元件4一个冲击力，便在压电元 件两端产生高压， 并从中间电极5输 出高压，产生电火 花点燃气体。 作业：P83 1 二、测量电路 压电传感器的内阻抗很高，而输出的信号微弱，因此一般不能直接显示和记录。 压电传感器要求测量电路的前级输入端要有足够高的阻抗，这样才能防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。压电传感器的前置放大器有两个用处： 一是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出； 二是把传感器的微弱信号进行放大。 （一） 电压放大器 a) b) 压电传感器接电压放大器的等效电路 压电传感器接电压放大器的等效电路如图a所示。图b是简化后的等效电路，其中，Ui为放大器输入电压；C = CC+Ci； ；Us=Q/Cs。 如果压电传感器受力为F = Fmsinωt 则在压电元件上产生的电压为 式中 Um－ 压电元件输出电压幅值Um＝d×Fm/Cs d － 压电系数。 而在放大器输入端形成的电压为 整理得 Ui的幅值Uim为 输入电压与作用力之间的相位差为 当作用于压电元件的力为静态力（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 1时，放大器的输入电压为 由上式可以看出放大器输入电压幅度与被测频率无关，当改变连接传感器与前置放大器的电缆长度时，Cc将改变，从而引起放大器的输出电压也发生变化。在设计时，通常把电缆长度定为一常数，使用时如要改变电缆长度，则必须重新校正电压灵敏度值。 电压灵敏度 电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。根据理想运放的特征： （二） 电荷放大器 Cf、Rf等效到输入端时，电容Cf将增大(1＋A)倍。电导1／Rf也增大了(1＋A)倍。 将反馈电容和反馈电阻等效到输入端后，等效电路如图： 其中 则电压 电压幅值 当ωRC》1时， 如果前置放大器的开环放大倍数A足够大，则 那么，经电荷放大器放大后的输出电压的幅值近似为 由式中可知，电荷放大器的输出电压仅与传感器产生的电荷量及放大器的反馈电容有关，电缆电容等其他因素对灵敏度的影响可以忽略不计。 在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，组成压电式传感器的晶片不止一片，常常将两片或两片以上的晶片粘结在一起。粘结的方法有两种，即并联和串联。 （三） 压电传感器的级联方式 (a)并联 + + － － － + (b)串联 + － － + 第三节 压电传感器的应用 （一） 压电陶瓷点火器 等效电路及测量电路 1.2 压电效应及材料 6.1 6.2 6.3 压电传感器的应用 第一节 压电效应 某些电介质, 当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 其内部就产生极化现象（内部正负电荷中心相对位移）, 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新恢复到不带电状态， 这种现象称压电效应。当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。 这种机械能转换为电能的现象, 称为“正压电效应” 。 压电效应 当在电介质极化方向施加电场, 这些电