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基于新型压电换能器的振动加速度传感器的测量线路的设计

  • 简介:总 页 数 : 45 Page / 字数 : 15210 原文 第一章 概述1.1压电式振动加速度传感器现状加速度传感器,也简称加表,加速度计等,是一种将振动、冲击转变为电信号的传感器,可...
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总 页 数 : 45 Page / 字数 : 15210
原文

第一章 概述
1.1压电式振动加速度传感器现状
加速度传感器,也简称加表,加速度计等,是一种将振动、冲击转变为电信号的传感器,可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,结构物、环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。尤其在汽车、工业、航空三大产业中有广泛的应用。
加速度传感器种类很多,常用传感器有,压电加速度传感器、应变仪加速度传感器、电位计加速度传感器、压阻式加速度传感器。压电加速度传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、质量轻等优点。其中压电加速度传感器又分压电振动加速度传感器、压电冲击加速度传感器、压电角加速度传感器、压电线加速度传感器四种。前两种利用正压电效应的原理构成,后两种利用正压电效应和逆压电效应的原理构成。其中压电振动加速度传感器结构简单、成本低、使用方便,在各个技术领域获得了广泛应用。特别是近年来,由于电子技术的飞速发展,随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现,压电加速度传感器的应用更为广泛。
目前的压电式加速度传感器结构一般利用压电陶瓷的纵向效应,将压电陶瓷和质量块通过螺母连接在一起,质量块对压电陶瓷预先加载,使之压紧在压电陶瓷上。测量时将传感器基座与被测对象牢牢紧固在一起。如图1.1所示:
当传感器感受振动时,因质量块相对被测物体质量较小,因此感受与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力,此力为F=ma。惯性力作用在压电陶瓷上产生电荷:
q=d33.F=d33.ma,
得:
q/a=d33.m。即提高压电换能器的压电常数和增加质量块的质量均可提高传感器的灵敏度,但增加质量块会影响被测振动,压电常数一般为固定值,所以要提高传感器的灵敏度,必须采取如结构创新的其他方法,这正是我们这次课题所要研究讨论的。
金属陶瓷压电复合振动加速度传感器是将金属陶瓷压电复合换能器(1,2)(如图1.2所示)代替传统的压电式振动加速度传感器中的压电换能器,利用金属陶瓷压电复合换能器较高的等效纵向压电常数d33e来提高压电式加速度传感器的灵敏度。由于金属陶瓷压电复合换能器中的金属端帽的特殊形状,在不改变压电相d33的情况下,其等效纵向压电常数d33e可达到常规压电换能器的40倍以上,进而可知金属压电陶瓷符合振动加速度器的理论置几乎可以达到常规压电式振动传感器的40倍,使得振动加速度传感器的性能得到了很大的改进。
......


 \ 目录

第一章 概述
第二章 压电式振动加速度传感器的工作原理
第三章 测量电路原理分析
第四章 实测电路设计与分析
第五章 总结


 \ 参考资料

1、PZT-Polymer piezoelectric composites: A design for an acceleration sensor, Sensors and Actuators, Vol.36, 1993.
2、SamesF.Tressler.at1.IEEE.TuFFC.vol.44.1997.9
3、王化祥、张淑英编著,《传感器原理及应用》,天津大学出版社,1999.2第二版
4、郁有文、常健编著,《传感器原理及应用》,西安电子科技大学出版社,2000.1第一版
5、张福学编著,《现代实用传感器电路》,中国计量出版社


 \ 简单介绍

本文针对传统的压电陶瓷制作的振动加速度传感器灵敏度及分辨率不够高等问题.从提高传感器和测量电路的灵敏度出发,本文分析阐述了一种新型压电传感器的原理、设计(结构和电路设计)制作。根据电压放大器和电荷放大器2 种前置电路的特点,对压电传感器与前置电路如何配接进行研究提出当压电传感器与测量电路之间的距离较远要求高灵敏度时,宜采用后一种方式,这种新的检测电路,具有低漂移、高增益、高输入阻抗等优点,此方法具有实际的指导意义。
总之,这种采用了新型压电换能器作为敏感元件的新型压电加速度传感器,与传统的传感器相比,具有结构简单、高灵敏度、低漂移等优点,是一种非常具有前途的产品,它必将成为传统压电振动传感器的替代型。

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