压电式传感器改.ppt

聚偏氟乙烯压电效应高分子压电材料

聚偏氟乙烯压电材料压电器件相当于具有一定电容的电荷源,其电容电容两极板间开路电压为2压电式传感器的等效电路等效电路若考虑负载(测量电路),等效电路如下：7.2压电式传感器的等效电路Ra为传感器的绝缘电阻,Ca为传感器的等效电容7.2压电式传感器的等效电路假设一恒力F作用于压电器件,产生电量q,则输出电压为①压电传感器本身产生的电荷量很小,且传感器本身的电阻很大(压电器件绝缘电阻Ra一般在1013～1014以上),因此输出信号很微弱,对后续测量电路提出很高的要求。②由于传感器的内阻对于后续电路的输入电阻Ri非无限大,电路将按指数规律放电,造成测量误差。电路的放电时间常数为减小误差，Ri越大越好7.2压电式传感器的等效电路电荷泄露使得压电传感器测量静态或准静态非常困难。通常压电传感器用于动态测量。实际应用中,为了增大输出值,压电传感器往往使用两个或两个以上晶体串联或并联使用。并联串联7.2压电式传感器的等效电路并联并联时，输出电荷量大、电容大、时间常数大；适宜测量缓慢信号和以电荷输出的场合。7.2压电式传感器的等效电路串联时，输出电压大、电容小、时间常数小；适宜测量高频信号和以电压输出的场合。串联由于压电式传感器的输出电信号很微弱,通常先把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器：电压放大器或电荷放大器,对传感器输出的电压或电荷信号进行放大处理,并事先阻抗变换,将传感器的高输出阻抗变为放大器的低输出阻抗,再用一般的放大检波电路输入到指示仪表或记录器。01前置放大器的作用:放大信号、阻抗变换027.2压电式传感器的测量电路电压放大器1.电压放大器设作用于压电晶片上的交变力则而其中R=Ra//Ri,C=Ca+Cc+Ci电压放大器即输入端电压幅值：输出端电压幅值：定义压电传感器电压输出灵敏度：当作用力频率与电路时间常数RC足够大时，显然和与有关,当改变电缆长度或布线方法时，和都会改变,从而导致测量误差。若压电器件上的作用静态力()即：压电传感器不能测量静态力。和均为0.则：若时，与电缆电容有关电荷放大器2压电式传感器的等效电路电荷放大器2.电荷放大器同样求得输入端电压：其中,R=Ra//Ri，C=Ca+Cc+Ci+(1+A)Cf若则若A最够大(一般100db以上)则电荷放大器表明：在一定条件下,电荷放大器的输出电压与外力成正比,与反馈电容成反比,而与Ca、Cc和Ci无关。01电缆分布电容变化不会影响传感器灵敏度及测量结果是电荷放大器的突出优点。02输出电压与电缆电容Ca无关,且ω的影响不明显(由于作了简化假设,表达式上是无关的)与q成正比03这些优点使得压电传感器基本上都用电荷放大器作为转换电路。04第7章压电式传感器第7章压电式传感器第7章压电式传感器STEP2STEP1压电式传感器是一种典型的发电型传感器，以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。概述概述压电陶瓷位移器压电陶瓷超声换能器压电秤重浮游计压电加速度计压电警号点火器晶体某些电介质（晶体）当沿着一定方向施加力变形时，内部产生极化现象，同时在它表面会产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态；当作用力方向改变后，电荷的极性也随之改变；这种现象称压电效应。7.1压电效应及压电材料1.压电效应压电材料受力变形,在表面产生电荷——正压电效应机械能电能压电材料通电压,材料变形——逆压电效应电能机械能2.压电材料压电晶体(单晶)压电陶瓷(多晶)压电元件机械能电能压电材料的主要特性参数1压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数,它直接关系到压电输出的灵敏度。压电材料的弹性常数E、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。对于一定形状、尺寸的压电元件,其固有电容与介电常数有关;而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。2(7-1)3在压电效应中,机械耦合系数K等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根;它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。压电材料的绝缘电阻Ra将减少电荷泄漏,从而改善压电