压电式加速度传感器..doc
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华东交通大学理工学院
论文题目:压电式加速度传感器:
姓 名 专 业 :班 级 :学 号 :压电式加速度传感器前言 1
摘要 3
关键词 3
国内外现状 3
压电式加速度传感器原理 4
灵敏度 8
误差形成因素分析 9
提高传感器频响的措施 9
实际应用 11
总结 12
参考文献 12
摘要?
二十一世纪的高效发展中,信息时代已然来临,掌握信息的重要性日益重要,在人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一随着社会的进步,科学技术的发展,特别是近20年来,电子技术日新月异,计算机的普及和应用把人类带到了信息时代,各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域,相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件,传感器技术是现代信息技术中主要技术之一,在国民经济建设中占据有极其重要的地位。?
关键词
传感器 原理 速度器(中心压缩型)样机的主要技术指标为:最大冲击加速度I OO,OOOg,最高频响8kHz。在压电加速度传感器的研制方面,北戴河亿柏传感器技术研究所和西安204所做得较好。
压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。
Q=dij﹒F=dij﹒M﹒a (1)
式中:Q――压电晶体输出的电荷。
dij――压电晶体的二阶压电张量。
M――传感器的敏感质量。
a――所受的振动加速度值。
每只传感器中内装晶体元件的二阶压电张量是一定的,敏感质量M是一个常量,所以公式(1)说明压电加速度传感器产生的电荷量与振动加速度a成正比。这就是压电加速度传感器完成的机电转换的工作原理。
压电加速度传感器承受单位振动加速度值能输出电荷量的多少,称其为电荷灵敏度,单位为pC/ms-2或pC/g(1g≈9.8 ms-2)。
压电加速度传感器实质上相当于一个电荷源和一只电容器,通过等效电路简化后,则可算出传感器的电压灵敏度为:
Sv=SQ/Ca
SV――传感器电压灵敏度 mV/ms-2
SQ――传感器的电荷灵敏度 pC/ms-2
Ca――传感器的电容量 pF
压电加速度传感器在使用中最主要的三项指标为:a电荷灵敏度(或电压灵敏度)、b谐振频率(工作频率在谐振频率1/3以下)、c最大横向灵敏度比。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷,而且传感器本身有很大内阻,故输出能量甚微,这给后接电路带来一定困难。 为此,通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后,方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示 仪表或记录器。 压电式加速度传感器 (a)中心安装压缩型?? (b)环形剪切型?? (c) 三角剪切型 图13.18? 压电式加速度计 常用的压电式加速度计的结构形式如图13.18所示。S是弹簧,M是质块,B是基座,P是压电元件,R是夹持环。图13.18a是中央安 装压缩型,压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上,支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。然而基座B与测试对 象连接时,如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外,测试对象和环境温度变化将影响压电元件,并使预紧力发生变化, 易引起温度漂移。图13.18c为三角剪切形,压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时,压电元件承 受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用,有较高的共振频率和良好的线性。图13.18b为环形剪切型,结构简单,能做成极小型、高共振频率的加速度计,环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软,因此最高工作温度受到限制。压电式加速度传感器 图13.19 压电式加速度计的幅频特性曲线 ?? 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图(图13.19)。一般小阻尼(z=0.1)的加速度计,上限频率若取为共振频率的 1/3,便可保证幅值误差低于1dB(即12%);若取为共振频率的1/5,则可保证幅值误差小于0.5dB(即6%),相移小于30。但共振频率与加速度计的固定状况有关,加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难于达到刚性连接,因而共振频率和使用上限频率都会有所下降。加速度计与试件的各种固定方法见 图13.20。 图13.20? 加速度计的固定方法 其中图13.20a采用钢螺栓固定,是使
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