专题4 压电效应与压电传感器典型应用.ppt

* * 气象接收及发射天线 振动压力传感器 6000m海底 浮标 深海地沟 * * 2）压电式加速度传感器 又称压电加速度计，用于飞机、车辆等的冲击和振动检测。压电加速度传感器组成：质量块+压电元件+基座等 如图所示，基座用来将传感器与待测物体刚性固定，使基座与待测物以同一加速度运动；压电元件受质量块与加速度方向相反的惯性力作用，在晶体的两个表面上产生交变电荷（或电压）。信号经前置放大器放大后用测量仪器测量幅值，得到物体的加速度。 * * 5.压电传感器的应用 一、高分子压电材料的应用 （1 ）玻璃打碎报警装置 将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。 粘贴位置 * * 高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器 质量块 将厚约0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成10?20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的电极引线。并用保护膜覆盖。 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报警信号。 * * 压电传感器只能应用于动态测量 由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏度下降）。 * * （ 2）压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行, 对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。 * * （3）交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 * * 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。 * * 二、压电陶瓷传感器的应用 压电片的并联接法 压电陶瓷多制成片状，称为压电片。压电片通常是两片（或两片以上）粘结在一起，一般常用的是并联接法。其总面积是单片的两倍，极板上的总电荷Q并为单片电荷Q的两倍。 * * 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 * * 压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 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 * * 三、振动测量及频谱分析 （1）振动的基本概念 振动可分为机械振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。 从振动的频率范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。 从振动信号的统计特征来看，可将振动分为周期振动、非周期振动以及随机振动等。 * * 地震的巨大威力 * * 地震波形 * * （2）测振传感器分类 测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。下面介绍压电式测振传感器及其应用。 * * （3）压电式振动加速度传感器的 结构及外形 横向振动测振器 纵向振动测振器 * * （4）压电振动加速度传感器的性能指标（以某小型“内装IC的压电加速度传感器”为例） 技术指标：灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范围：4-4000Hz安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安装螺纹：M5 mm 线性：≤1% * * （5）压电加速度传感器的安装及使用 a)双头螺丝固定 b)磁铁吸附 c)胶水粘结 d)手持探针式 1—压电式加速度传感器 2—双头螺栓 3—磁钢 4—粘接剂 5—顶针 * * （6）压电振动加速度传感器在汽车中的应用