第06章 压电式传感器.ppt

图4-20 压电陶瓷换能器结构图 3、压电式声传感器 当交变信号加在压电陶瓷片两端面时，由于压电陶瓷的逆压电效应，陶瓷片会在电极方向产生周期性的伸长和缩短 。 当一定频率的声频信号加在换能器上时，换能器上的压电陶瓷片受到外力作用而产生压缩变形，由于压电陶瓷的正压电效应，压电陶瓷上将出现充、放电现象，即将声频信号转换成了交变电信号。这时的声传感器就是声频信号接收器。 如果换能器中压电陶瓷的振荡频率在超声波范围，则其发射或接收的声频信号即为超声波，这样的换能器称为压电超声换能器。 压电声传感器在超声速测量实验中的应用 图4-23 超声速测量实验装置 信号发生器 S1 示波器 频率计 S2 l 游标卡尺 当信号发生器产生的正弦交流信号加在压电陶瓷片两端面时，压电陶瓷片将产生机械振动，在空气中激发出声波。所以，换能器S1是声频信号发生器。 当S发出的声波信号经过空气传播到达换能器S2时，空气振动产生的压力作用在S2的压电陶瓷片上使之出现充、放电现象，在示波器上就能检测出该交变信号。所以，换能器S2是声频信号接收器。 4 、压电式流量计 图4-21 压电式流量计 流量显示 输出信号 换能器 换能器 接收 接收 发射 发射 压电超声换能器每隔一段时间(如1/100s)发射和接收互换一次。在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。 5、 压电式传感器在测漏中的应用 A B O点 LA LB 地 面 L 如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上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。 图4-22 压电式传感器应用 两者时间差为 Δt= tA-tB=（LA - LB ）/v 又L=LA +LB ，所以 由于压电陶瓷元件的自振动频率高，特别适合测 量变化剧烈的载荷。图中压电传感器位于车刀前部的 下方，当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电 传感器，压电传感器将切削力转换为电信号输出，记 录下电信号的变化可测得切削力的变化。 6、 压电式金属加工切削力测量传感器 振动板的功用是接收雨滴冲击的能量，压电元件把从振动板传递来的变形传换成电压。当压电元件上出现机械变形时，在两侧的电极上就会产生电压，所以，当雨滴落到振动板上时，压电元件产生电压大小与加到振动板上的雨滴能量成正比，一般为5mV至300mV。 放大电路将压电元件上产生的电压信号放大后再输入到刮水器的放大器中，驱动刮水器工作。 7、雨滴传感器 电子血压计通过在捆扎布内部安装的传感元件，把血液流过血管中产生的音变换成电信号。血液的流动与捆扎布的气压有关。输出电压随着血液流动的变化而变化，从该值可知道血压值，也可以测量脉搏数，图（a）表示它的构造，（b）表示其检测波形。 8、 血压计传感器 6.6 引起压电式传感器测量误差的因素 6.6.1 环境温度的影响 主要表现在：1 温度引起传感器灵敏度变化 2 温度引起传感器零点漂移 ★石英晶体 石英晶体对温度并不敏感，在常温范围甚至温度高至200℃，石英的压电常数和介电常数几乎不变，在200℃～400℃范围内变化也不大。 为了提高压电陶瓷的温度稳定性和长时间温度稳定性，一般应进行人工老化处理。 人工老化处理的方法是，将压电陶瓷置于温度箱内反复加温和降温，连续做一个星期，加温和降温的周期为二小时。 ★压电陶瓷 人工极化的压电陶瓷受温度的影响比石英要大得多，压电常数和介电常数随温度变化的趋势大体上如图4-24所示。 压电陶瓷经人工老化后处理后，虽然在正常使用稳定环境中性能比较稳定，但在高温环境中使用时，压电常数和介电常数仍会发生变化。 普通的压电式传感器的工作温度总是有限的，这主要是受压电材料、电子线路元件和电缆耐温限制。 压电材料的体电阻率是随着温度的增加按指数规律减小的。 传感器的连接电缆也是一个至关重要的部件。普通电缆是不能耐700℃以上高温的。目前，在传感器中大多采用 无机 绝缘电缆和含有无机绝缘材料的柔性电缆。 6.6.2 环境湿度的影响 如果传感器长期在高湿环境下工作，传感器的绝缘电阻（泄漏电阻）将会减小，以致使传感器的低频响应变坏。 要选用绝缘性能良好的绝缘材料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、陶瓷等。 零件表面的光洁度要高。 对一些长期在潮湿环境或水下工作的传感器，应采取防潮密封措施，在容易漏气或进水的输出引线接头处用特殊材料加以密封。