最新压电式传感器的性能测试幻灯片.ppt

218.2 实训的基本原理 18.2.1压电式传感器的工作原理压电式传感器的工作原理 压电式传感器的工作原理是建立在某些材料的压电效应的基础上的，它利用具有压电效应的材料作为传感器的敏感元件，将被测量转换为电信号，实现对非电量的检测。所谓压电效应7是指某些电介质材料，当沿着某些特定方向对其施加作用力使其发生变形时，这种材料的内部就会产生极化现象，在其相对的两个表面会形成正负电荷。一旦外力消失后又会重新恢复到不带电状态，这种应变致电现象叫压电效应。当改变作用力的方向时，电荷的极性也随之改变。我们把由机械能转换成电能的现象叫“正压电效应”；反之，若在电介质的极化方向上施加一定的电场，它们就会产生变形，我们称之为“逆压电效应”或叫“电致伸缩效应”。 自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压电效应十分微弱，不具备实用价值。压电材料可能分成两大类：压电晶体和压电陶瓷。衡量压电材料的性能参数主要有： 1.压电常数：它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到输出灵敏度； 2.弹性常数：它与压电器件的固有频率和动态特性有关； 3.介电常数：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； 从图中可知：此运算放大器工作于同相放大状态。其基本电路如图18.5所示：其闭环电压增益：Avf=1+Rf/R1 ；输入电阻RiRic；输出电阻：Ro0；平衡电阻：RpR1/Rf；其中：Ric为运算放大器本身同相端对地的共模输入电阻一般为1000M左右；同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 若Rf0，R1（开路），则为电压跟随器。与晶体管电压跟随器（射极输出器）相比，集成运算放大器及电压跟随器的输入阻抗更高，几乎不从信号源吸取电流；输出阻抗更小，可视作电压源，是较理想的阻抗变换器。 1018.5 操作步骤 1.仔细观察压电式传感器的结构，它主要是由压电陶瓷片（敏感元件）及惯性质量块组成； 2.将压电式传感器的输出屏蔽线接到电压放大器的输入端，然后将电压放大器的输出接到低通滤波器的输入端，再将滤波器的输出接到双线示波器的一个输入端，示波器的另一个输入端接低通滤波器的输入端； 3.接通低频振荡器电源，频率调节在520HZ范围内； 4.适当调整低频振荡器的振荡幅度，在2V左右，不宜过大； 5.用示波器同时观察电压放大器与低通滤波器的输出波形； 6.改变振荡频率，观察输出波形的变化，并记录输出电压的峰峰值于表18.2中，每改变一次频率，记录一个电压值，反复测量多次，取平均值作为测量结果； 7.根据测量结果计算传感器的电压灵敏度KV=V/ f，并画出V-F曲线后估算出传感器的线性范围； 表表18.2 输出电压与激励频率输出电压与激励频率F（HZ） V（P-P） 1118.6 注意事项 1.由于压电式传感器产生的电荷是很容易泄漏的，因此这个实训所得误差较大，尤其是当天气较潮湿时更难做，所以最好选择天气较好时进行本实训； 2.周围的振动源（尤其是高频振动或高频信号）较易对压电式传感器产生干扰，因此实训时要注意对整个测量系统的屏蔽，减少外界的干扰信号； 3.要注意调节电压放大器的工作状态，使其工作在最佳状态；18.7 思考题 1.为什么压电式传感器不能用于静态测量？只能用于动态测量中？而且是频率越高越好？ 2.试分析实训中所用的传感器的工作原理； 3.说明在测试过程中若用手轻击实训台时所观察到的波形；