六压电式传感器.ppt

压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。 如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为逆压电效应（电致伸缩效应） 。 压电传感器中的压电元件材料一般有三类： 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 压电陶瓷是一种多晶铁电体，是人工制造的多晶压电材料，比石英晶体的压电灵敏度高得多，制造成本却较低，目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷 。 压电陶瓷外形 高分子材料属于有机分子半结晶或结晶的聚合物，其压电效应比较复杂。典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。。 高分子压电薄膜及拉制 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 压电元件受到力F作用时，在相应的表面产生电荷Q。 一、高分子压电材料的应用 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行, 对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。 高分子压电电缆的应用演示 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 3)交通监测 压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量 压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 作业： 6-1 6-2 6-4 图6-10 电压幅值比和相角频率比的关系曲线 当作用在压电元件上的力为静态力时，前置放大器的输入电压为零。从原理上决定了传感器不能用于静态物理量的测量。 当 时，电压幅值比趋近于1，可以近似看做前置放大器的输入电压与频率无关，其值越接近于理想情况下的输入电压。表明传感器的高频响应比较好。 4、测量电路----电压放大器 图6-10 电压幅值比和相角频率比的关系曲线 当被测量是缓慢变化的动态量，为了扩大传感器的低频响应范围，需减小 的值。 提高电阻（传感器的绝缘电阻和放大器的输入电阻） 增加电容（传感器电容、电缆电容：放大器输入电容） 4、测量电路----电压放大器 增加回路电容，会导致传感器的灵敏度的下降。因此，一般通过提高测量回路的电阻来改善低频响应范围。 传感器实际灵敏度与电缆电容相关，因此，电缆不宜太长，且不能随意更换电缆。 4、测量电路----电压放大器 电荷放大器实际上是一个具有深度负反馈的高增益运算放大器。 电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为电压（Q/U转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。 4、测量电路----电荷放大器 图6-11 电荷放大器等效电路 当K足够大时， 输出电压正比于输入电荷，输出与输入反向，而且输出灵敏度不受电缆分布电容的影响。 4、测量电路----电荷放大器 1) 玻璃打碎报警装置 将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。 粘贴位置 5、应用举例 2)压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等） 5、应用举例 3)交通监测 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。 二、压电陶瓷传感器的应用 5、应用举例 压电式步态分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置 压电传感器测量双腿跳的动态力 1）非线性 压电传感器的幅值线性度是指被测物理量(如力、压力、加速度等)的增加，其灵敏度的变化程度。 图6-17 压电加速度传感器的幅值线性度曲线 影响因素： 一是压电转换元件的弹性极限和线性响应极限； 二是压电加速度传感器的额定预载荷极限。 6、影响压电式传感器精度的因素分析 2）横向灵敏度 压电加速度传感器的横向灵敏度是指当加速度传感器感受到与其主轴向(轴向灵敏度方向)垂直的单位加速度振动时的灵敏度，一般用它与主轴向灵敏度的百分比来表示，称为横向灵敏度比。 6、影响压电式传感器精度的因素分析 2）横向灵敏度 图6-18 横向灵敏度图解 主轴方向： 垂直方向： 图6-19 压电加速度传感器的 横向灵敏度极坐标表曲线 6、影响压电式传感器精度的因素分析 3）环