第5章压电式传感器课件.ppt

连接方式：图(a)为并联形式，片上的负极集中在中间极上，其输出电容C?为单片电容C的两倍，但输出电压U’等于单片电压U，极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍，即 图(b)为串联形式，正电荷集中在上极板，负电荷集中在下极板，而中间的极板上产生的负电荷与下片产生的正电荷相互抵消。从图中可知，输出的总电荷q’等于单 片电荷q，而输出电压U?为单片电压U的二倍，总电容C?为单片电容C的一半，即 + + － － (a)并联 (b)串联 叠层式压电元件 + + － + + － － 并联接法，输出电荷大，时间常数大，宜用于测量缓变信号，并且适用于以电荷作为输出量的场合。 串联接法，输出电压大，本身电容小，适用于以电压作为输出信号，且测量电路输入阻抗很高的场合。 （二）? 压电式压力传感器 根据使用要求不同，压电式测压传感器有各种不同的结构形式。但它们的基本原理相同。 压电式测压传感器的原理简图。它由引线1、壳体2、基座3、压电晶片4、受压膜片5及导电片6组成。当膜片5受到压力P作用后，则在压电晶片上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为 F——作用于压电片上的力； d11——压电系数； P——压强， ； S——膜片的有效面积。 1 2 3 4 5 6 p 压电式测压传感器原理图 测压传感器的输入量为压力P，如果传感器只由一个压电晶片组成，则根据灵敏度的定义有： 因为 ，所以电压灵敏度也可表示为 U0——压电片输出电压；C0——压电片等效电容 电荷灵敏度 电压灵敏度 电荷灵敏度 （三）? 压电式流量计 利用超声波在顺流方向和逆流方向的传播速度进行测量。其测量装置是在管外设置两个相隔一定距离的收发两用压电超声换能器，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。据这个关系，可精确测定流速。流速与管道横截面积的乘积等于流量。 流量显示 1789 输出信号 换能器 换能器 接收 接收 发射 发射 压电式流量计 此流量计可测量各种液体的流速，中压和低压气体的流速，不受该流体的导电率、粘度、密度、腐蚀性以及成分的影响。其准确度可达0.5%，有的可达到0.01%。 根据发射和接收的相位差随海洋深度深度的变化，测量声速随深度的分布情况 例： 压电式声传感器 压电陶瓷换能器结构图 铝头 螺钉 黄铜尾部 压电陶瓷圆环 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。 (四) 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。 两者时间差为 Δt= tA-tB=（LA - LB ）/v 又L=LA +LB ，所以 (五) 压电声传感器在超声速测量实验中的应用 图 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。 (六)压电式金属加工切削力测量 由于压电陶瓷元件的自振频率高, 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便测得切削力的变化。 (七)压电式玻璃破碎报警器 BS—D2压电式传感器是专门用于检测玻璃破碎的一种传感器, 它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。 由于玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内, 这就使滤波器成为电路中的关键。 当传感器输出信号高于设定的阈值时, 才会输出报警信号, 驱动报警执行机构工作。 (八)压电引信 压电陶瓷