第3章压电型传感器与测量电路111.ppt

第3章、压电型传感器与测量电路 二、压电材料及特性 压电传感器中的压电元件材料一般有三类： 压电晶体（如石英晶体）； 经过极化处理的压电陶瓷； 高分子压电材料； 现象： 石英晶体的压电机理分析 石英的晶体结构为六方晶体系，化学式为SiO2。 定义： x：垂直此轴压电效应最强。称为电轴。 y ：在电场作用下变形最大，称为机械轴。 z ：无压电效应，中心轴，也称光轴。 一种天然晶体，压电系数d11＝2.31×10－12C/N； 2、等效电路及信号变换电路 压电元件的等效电路； 压电式传感器的信号调节电路； 1. 压电元件的等效电路 2.压电式传感器的等效电路 两个压电片的联结方式 压电式传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号。 电压放大器 电荷放大器 （二）压电式传感器的信号调节电路 压电式传感器要求负载电阻RL必须有很大的数值，才能使测量误差小到一定数值以内。 常先接入一个高输入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大电路及其它电路。 （1）电压放大器 电压放大器 电荷放大器 1、加速度传感器: 压电加速度传感器， 如右图所示。使用时，传感器固定在被测物体上，感受该物体的振动，惯性质量块产生惯性力，使压电元件产生变形。 压电元件的变形而产生的电荷与加速度成正比。 （3）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 三、压电式金属加工切削力测量 压电式传感器的应用 压电式测力传感器 带通滤波使玻璃振动频率范围内的输出电压信号通过，其它频段的信号滤除。 比较器作用是当传感器输出信号高于设定的阈值时, 输出报警信号, 驱动报警执行机构工作。如进行声光报警。 高分子压电电缆的应用演示 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。 6、压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 4、 压电式测力传感器 压电式测力传感器 它用两块晶片作传感元件，被测力通过传力上盖l使石英晶片2沿电轴方向受压力作用，由于正压电效应使石英晶片在电轴方向上出现电荷，两块晶片是并联叠加，负电荷由形电极3输出。 两片并联可提高其灵敏度。电荷的变化便测得压力的变化。 这种结构的单向力传感器体积小、质量轻(仅10 g)，固有频率高（约50～60 kHz)。 图2-11YDS-781压电式力传感器1.传力上盖；2.石英晶片；3.电极；4.底座；5.电极引出头；6.绝缘材料 U0=q/cf，q∝kF 粘贴位置 压电式玻璃破碎报警器。 使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q ，在两个输出引脚之间产生窄脉冲电压输出，产生报警信号。 传感器把振动波转换成电压输出,输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。 5、压电式玻璃破碎报警器 5、 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。传感器的最小输出电压为100mV,最大输出电压为100V,内阻抗为15～20kΩ。 滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。 1. 一阶RC低通滤波器(无源) 传递函数： 截止频率： 幅频特性： 0.707 ?H 截止频率 0 1 |A| 1. 一阶RC高通滤波器(无源) 传递函数： 截止频率： 幅频特性： + _ + _ C R 　 RC 高通电路 0 1 0.707 ?L |A| 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF） 二.按通带和阻带的相互位置不同分为： ω |A| 0 ωC 通带 阻带 A0 ω |A| 0 ωC A0 通带 阻带 ω |A| 0 ωC1 A0 阻 阻 ωC2 通 ω |A| 0 ωC1 A0 阻 ωC2 通 通 各种滤波器理想的幅频特性： （1）低通 （2）高通 （1）带通 （1）带阻 可由低通和 高通串联得到 低通截止频率 高通截止频率 必须满足 三. 有源带通滤波器 可由低通和高通并联得到 必须满足 四. 有源带阻滤波器 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 压电式力传感器 土层压力传感器 压电陀螺仪 压电倾斜测量仪 5.4 超声波传感器及其应用 5.4