压电传感器修改.ppt

Copyright@ZhejiangUniveristy,2009体积压缩压电常数x和y方向只有d15和d24的厚度剪切压电方向(图c)；z方向存在d33的纵向压电效应(图a)，d31和d32的横向压电效应(图b)；z方向还可得三向应力T1、T2、T3同时作用下，产生体积变形压电效应(图d)；当外加三向应力相等时，由压电方程式得以钛酸钡为例，在y轴受到1N/m2的切应力。试求出在各方向产生的电荷密度。压电陶瓷种类*具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷压电系数较高，各项机电参数随温度等外界条件的变化小，温度稳定性好，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素（如钨、铌等），可以获得不同性能的PZT材料。锆钛酸铅Pb（Zr·Ti）O3系压电陶瓷（PZT）具有较高的压电系数，在压力大至700kg/cm2仍能继续工作，可作为高温下的力传感器。铌镁酸铅Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3压电陶瓷（PMN）6.2压电式传感器测量电路*等效电路01测量电路02图6.2.1压电传感器的等效原理压电式传感器的等效电路*等效成一个电压源Ua=q/Ca和一个电容Ca的串联电路等效为一个电荷源q与一个电容Ca并联的电路图压电传感器的完整等效电路如果用导线将压电传感器和测量仪器连接时，则应考虑连接导线的等效电容、电阻，前置放大器的输入电阻、输入电容。压电传感器的绝缘电阻Ra与前置放大器的输入电阻Ri相并联。为保证传感器和测试系统有一定的低频(或准静态)响应，就要求压电传感器的绝缘电阻保持在才能使内部电荷泄漏减少到满足一般测试精度的要求。以上测量电路压电式传感器的前置放大器有两个作用：前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比；另一种是电荷放大器．其输出电压与输入电荷成正比。Ca：传感器的电容Ra：传感器的漏电阻Cc：连接电缆的等效电容Ri：放大器的输入电阻Ci：放大器的输入电容等效电阻R为等效电容为01040203前置放大器输入电压压电元件的力F=Fmsinωt压电元件的压电系数为d33，产生的电荷为Q=d33·F。输入电压的幅值当作用力是静态力（ω=0）时，前置放大器的输入电压为零。原理上决定了压电式传感器不能测量静态物理量。压电式传感器突出优点：高频响应相当好。令为测量回路的时间常数令如果作用力变化频率与测量回路时间常数的乘积远大于1时，前置放大器的输入电压与频率无关。可以近似看做输入电压与作用力频率无关。当改变连接传感器与前置放大器的电缆长度时，CC将改变,也随之变化也变化（）（）传感器的电压灵敏度与回路电容成反比，增加回路电容必然使传感器的灵敏度下降。为此常将输入内阻很大的前置放大器接入回路。其输入内阻越大，测量回路时间常数越大．则传感器低频响应也越好。例1已知电压前置放大器输入电阻及总电容分别为Ri＝1MΩ，Ci＝100pF，求与压电加速度计相配测量1Hz的振动时幅值误差为多大？使用电荷放大器突出的一个优点：在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达1010~1012Ω，输出阻抗小于100Ω。—传感器与检测技术——传感器与检测技术——传感器与检测技术——传感器与检测技术——传感器与检测技术——传感器与检测技术——传感器与检测技术—Copyright@ZhejiangUniveristy,2009*第6章压电式传感器本章内容压电式传感器测量电路压电式传感器的工作原理6.16.2压电式传感器应用6.3*电势型传感器以压电效应为基础压电效应可逆“双向传感器”正压电效应某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。(加力变形产生电荷)逆压电效应*在压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫做“逆压电效应”。(施加电场电介质产生变形应力)常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。Y