ch7-壓電傳感器

1、 第第7章章 壓電傳感器壓電傳感器7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.0 概述概述壓電式傳感器壓電式傳感器：以具有壓電效應(yīng)的力敏元件為轉(zhuǎn)換元件的有源傳感器，既能把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，也可把電能轉(zhuǎn)為機(jī)械能。此特性使其可用于測量與力有關(guān)的物理量或者最終能變換為力的物理量，如力、壓力、加速度、機(jī)械振動和沖擊等.特點(diǎn)特點(diǎn)：響應(yīng)頻帶寬、精度和靈敏度高、工作可靠、重量輕；主要不足是無靜態(tài)輸出、輸出阻抗高應(yīng)用應(yīng)用：隨著與壓電傳感器件配套的二次儀表及低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，壓電傳感器的使用更加方便。在工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、石油勘探、電聲學(xué)及宇航等許多技術(shù)領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。7.1 壓電原理與材料及器件

2、壓電原理與材料及器件1) 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)(1)正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)，當(dāng)沿一定方向施加力作用使其產(chǎn)生變形時，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在兩個相對的表面上產(chǎn)生極性相反的電荷，當(dāng)外力拆除后，又可重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，并且當(dāng)作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變的現(xiàn)象。(2) 逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場時，這些電介質(zhì)在相應(yīng)方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。 7. 壓電式傳感器壓電式傳感器電能電能機(jī)械能機(jī)械能正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)與能量轉(zhuǎn)換關(guān)系7.1 壓電原理與材料及器件

3、壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性 具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)稱為壓電材料，常見壓電材料有：壓電晶體，如石英等；壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅、碲化鎘等；其他材料，如：壓電聚合物、壓電半導(dǎo)體。 對壓電材料的性能要求對壓電材料的性能要求*轉(zhuǎn)換性能：要求具有較大壓電轉(zhuǎn)換系數(shù)。機(jī)械性能：作為受力元件，希望其機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大， 以獲得寬線性范圍和高固有振動頻率。電性能：希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分 布電容的影響，并獲得良好的低頻特性。環(huán)境適應(yīng)性： 溫度和濕度的穩(wěn)定性要好，要求具有較高的 居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。時間穩(wěn)定性：要求壓電性能不隨時間變

4、化。7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(1) 石英晶體石英晶體 天然石英晶體的結(jié)構(gòu)外形可視為一個六角棱柱體，晶體學(xué)中用三坐標(biāo)軸表示該結(jié)構(gòu)，其中縱向軸Z-Z稱光軸；過正六面體棱線，并垂直于光軸的X-X軸稱電軸；與X-X軸和Z-Z軸同時垂直的Y-Y軸(垂直于正六面體的棱面)稱機(jī)械軸。 把沿電軸X-X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”；把沿機(jī)械軸Y-Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”；沿光軸Z-Z方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 x y z O 石英晶體的壓電效

5、應(yīng)由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。 組成石英晶體的硅離子Si4+和氧離子O2-在Z平面投影，如圖(a)。為討論方便，將這些硅、氧離子等效為圖(b)中正六邊形排列，圖中“”代表Si4+，“”代表2O2-。 硅氧離子的排列示意圖(a) 硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投影(b)(a)+-YXXY+7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(1) 石英晶體石英晶體7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 圖a所示，外力FX=0時，正、負(fù)離子正好分布于正六邊形頂角，形成三個120夾角的電偶極矩P1,P2,P3。此時正負(fù)電荷中心重合(P1P2P30), 表面無電荷出現(xiàn)。

6、 晶體受沿X向壓力(FX0；Y、Z向分量為：(P1+P2+P3)Y=0，(P1+P2+P3)Z=0. 可見：在FX作用下，沿正X向的表面出現(xiàn)正電荷，沿Y、Z向的表面無電荷。(a) FX=0Y+-XP1P2P3(b) FX0FXXY+FX+-P1P2P37.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(1) 石英晶體石英晶體 晶體受X向拉力(FX0)作用時(圖c),有： (P1+P2+P3)X0Y+-X-+FXFXP2P3P1+7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(1) 石英晶體石英晶體7. 壓電式傳感器壓電式傳感器

7、 壓電陶瓷屬鐵電體類、人造的多晶壓電材料，有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu)。電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，有一定的極化方向，因而存在一定的電場。 無外電場作用時，各電疇在陶瓷體內(nèi)雜亂分布，它們的極化效應(yīng)相互抵消，因而原始壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。極化處理后，保留一定的剩余極化。 直流電場E剩余極化強(qiáng)度剩余伸長電場作用下的伸長(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后 7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(2) 壓電陶瓷壓電陶瓷7. 壓電式傳感器壓電式傳感器機(jī)理機(jī)理：給陶瓷片加平行于極化方向的壓力F(圖a)，使其壓縮變形，片內(nèi)正、負(fù)束縛電荷(非移動電

8、荷)間的距離變小，極化強(qiáng)度變小，原吸附在電極外表的自由電荷中部分被釋放(放電)；壓力撤除，陶瓷片恢復(fù)原狀(膨脹)，片內(nèi)正、負(fù)電荷的距離變大，極化強(qiáng)度變大，因此電極外表又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)的現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)。與此相反的電致變形現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)(圖b)。 （a）正壓電效應(yīng)示意圖（實、虛線分別代表形變前、后的情況） 極化方向F 極化方向電場方向（b）逆壓電效應(yīng)示意圖7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件2）壓電材料及特性）壓電材料及特性(2) 壓電陶瓷壓電陶瓷7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.1 壓電原理與材料及器件壓電原理與材料及器件4）壓電元件與

9、力）壓電元件與力/電特性電特性 假設(shè)從石英晶體上切下一片平行六面體晶體切片，使它的晶面分別平行于X、Y、Z軸，如圖所示。在垂直X軸方向兩面用真空鍍膜或沉銀法制作電極面，就得到壓電元件。 設(shè)從石英晶體上沿機(jī)械軸(y)方向切下一塊如圖a所示的晶體片，當(dāng)在電軸(x軸)向受力作用時，在與電軸(x軸)垂直的平面上將產(chǎn)生電荷qx，如圖b所示，其大小為: qx=d11Fx 式中，d11x軸向受力的壓電系數(shù)；Fx x軸向的受力。7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 x y z b a h a) b) c) Fx x + + + + - - - - y x + + + + - - - - Fy y 7.1 壓電原理與

10、材料及器件壓電原理與材料及器件4）壓電元件與力）壓電元件與力/電特性電特性 若在同一晶體片上，當(dāng)在機(jī)械軸(y軸)方向受力作用時，則仍在與電軸(x軸)垂直的平面上將產(chǎn)生電荷qy，如上圖c所示，其大小為： qy=d12(a/b)Fy式中，d12y軸方向受力的壓電系數(shù)； Fyy軸方向受到的力； a, b晶體片的長度和厚度。 電荷qx和qy的符號由所受力是拉力還是壓力決定。同時從上述兩式可看出，qx的大小與晶體片形狀尺寸無關(guān)，而qy與晶體片的幾何尺寸有關(guān)。7. 壓電式傳感器壓電式傳感器1）壓電元件的等效電路壓電元件的等效電路 壓電晶體片受力作用時，在晶體片的兩表面上出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷，晶體片的兩表面

11、相當(dāng)于一個電容的兩個極板，兩極板之間的物質(zhì)就是電容極板間的介質(zhì)，因而壓電晶體片在工作時就等效于一只平行板介質(zhì)電容器，如下圖a所示。其電容量為：Ca=S/t。式中， 壓電材料的介電常數(shù)； S壓電晶體片工作面的面積（m2）； t極板間距，即晶體片厚度（m）。7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路7. 壓電式傳感器壓電式傳感器1）壓電元件的等效電路和特點(diǎn)壓電元件的等效電路和特點(diǎn) 如果施于晶片的外力不變，晶片兩表面上的電荷又無泄漏，則在外力繼續(xù)作用時，電荷數(shù)保持不變；當(dāng)外力作用消失時，電荷隨之消失。因此，壓電元件在工作時可等效為一個與電容并聯(lián)的電荷源，如上圖b所示，其電壓、電荷量和電容量三者之間

12、的關(guān)系為： q=UCa。 壓電元件也可等效為一個電壓源和電容器的串聯(lián)電路(圖c)，其電壓、電荷量和電容量三者間的關(guān)系為： U=q/Ca。7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路7. 壓電式傳感器壓電式傳感器1）壓電元件的等效電路和特點(diǎn)壓電元件的等效電路和特點(diǎn)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)： 當(dāng)壓電元件內(nèi)部的信號電荷無“漏損”，外電路負(fù)載無窮大時，其受力產(chǎn)生的電壓或電荷才可長期保存，否則電路將以某時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電。這對靜態(tài)標(biāo)定和低頻準(zhǔn)靜態(tài)測量極為不利，必然帶來誤差。事實上，壓電元件內(nèi)部存在泄漏，外接負(fù)載不可能無窮大，只有外力以較高頻率不斷作用，信號電荷才能補(bǔ)充。壓電元件不能用于靜態(tài)測量。7.2 等效

13、電路和測量電路等效電路和測量電路2）實際等效電路實際等效電路 壓電器件實用時總要與測試儀表或測量電路連接，因而考慮連接電纜的等效電容、前置放大器的輸入電阻、輸入電容的實際等效電路如圖所示。 壓電元件的Ra與前置放大器的Ri并聯(lián)。為保證傳感器和測試系統(tǒng)有一定的低頻或準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)，要求絕緣電阻1013，使內(nèi)部電荷泄漏減到符合一般測試精度的要求。 與此相適應(yīng)，測試系統(tǒng)應(yīng)有較大的時間常數(shù)，亦即前置放大器的輸入阻抗應(yīng)相當(dāng)高，否則，壓電元件上的信號電荷將通過輸入電路泄漏，由此產(chǎn)生測量誤差。 7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路7. 壓電式傳感器壓電式傳感器Ca傳感器的固有電容；傳感器的固有電容；Ra

14、傳感器的漏電阻傳感器的漏電阻Cc 連線電容；連線電容； Ri前置放大器輸入電阻前置放大器輸入電阻Ci 前置放大器輸入電容前置放大器輸入電容7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路 壓電元件產(chǎn)生的電量非常小，要求測量電路的輸入電阻非常大，以減小測量誤差。因此，壓電元件的輸出端須先接入高輸入阻抗的前置放大器，然后再接入一般的放大電路。前置放大器作用前置放大器作用：把壓電元件的高輸出阻抗變換成低阻抗輸出；放大壓電元件輸出的弱信號。前置放大器形式：前置放大器形式：電壓放大器-其輸出電壓與輸入電壓(壓電元件的輸出電壓)成正比；電荷放大器-其輸出電壓與輸入電荷成正比。7. 壓電式

15、傳感器壓電式傳感器7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(1) 電壓放大器電路電壓放大器電路 下圖a所示為壓電式傳感器與電壓放大器連接后的等效電路，圖b為進(jìn)一步簡化后的電路圖。(2) 電荷放大器電路電荷放大器電路 電荷放大器實際上是一個高增益放大器，其與壓電式傳感器連接后的等效電路如圖c所示。 （c）ACaCRUiUSC(b)Ua圖b中的等效電阻為：iaiaRRRRR, 等效電容為：C=Cc+Ci， 設(shè)壓電元件受外力F=Fmsint作用，F(xiàn)m為力的幅值，若材料是壓電陶瓷，其壓電系數(shù)為d33，則F作用下，壓電元件產(chǎn)生的電壓：Ua=Umsi

16、nt, 其中電壓幅值Um=q/Ca=d33Fm/Ca 。 由圖b可得放大器輸入端的電壓Ui，其復(fù)數(shù)形式為：aiCCRjRjFdU133(3) 電壓放大器的輸出特性電壓放大器的輸出特性*7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路7. 壓電式傳感器壓電式傳感器Ui的幅值為：222331icamimCCCRRFdU icaCCCR arctan2/icammimCCCFdRFdU3320331輸入電壓與作用力之間的相位差為:令 =R(Ca+Cc+Ci)，為測量回路時間常數(shù); 令0=1/，得：結(jié)論結(jié)論：若1，即作用力變化頻率與測量回路時間常數(shù)的乘積遠(yuǎn)大于1，前置放大器的輸入電壓

17、Uim與頻率無關(guān)。一般，/03就可近似認(rèn)為輸入電壓與作用力頻率無關(guān)?？芍芍涸跍y量回路時間常數(shù)一定的條件下，配置電壓放大器的壓電式傳感器具有相當(dāng)好的高頻響應(yīng)特性。 7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路(3) 電壓放大器的輸出特性電壓放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 對于變化緩慢的被測動態(tài)量，測量回路的不夠大會造成傳感器靈敏度下降。要擴(kuò)大工作頻帶低頻端，須提高值。 若以增大測量回路電容提高 值，則影響傳感器靈敏度。 根據(jù)傳感器電壓靈敏度Ku的定義得：22331icamimuCCCRdFUKicauCCCdK33因R1，上式可近似為：可見：Ku與回路電容成反比，增加回路電

18、容使Ku下降。因此需Ri很大的前置放大器，且輸入阻抗越大，測量回路的 越大，傳感器的低頻響應(yīng)越好。改變連接壓電探頭與前置放大器的電纜長度，將改變Cc，此時必須重校靈敏度值。7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路(3) 電壓放大器的輸出特性電壓放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 電荷放大器是有深度負(fù)反饋的高增益放大器，若放大器的開環(huán)增益A0足夠大，且放大器輸入阻抗很高，則其輸入端幾乎無分流，運(yùn)算電流僅流入反饋回路CF與RF。由圖可知電流i的表達(dá)式為： 電荷放大器原理電路圖A0CaUUSCiRaqCFRFFFSCRCjUUi1FFRCjUAU10FFRACAjU111007.2

19、 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(3) 電荷放大器的輸出特性電荷放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 由上式得出等效電路如右圖所示。A0CaRaRCUSCUqCF、RF等效到A0輸入端時，電容CF增大(1A0)倍。電導(dǎo)1/RF也增大(1A0)倍。所以C=(1A0)CF；1/R=(1A0)/RF，這是所謂“密勒效應(yīng)”的結(jié)果。運(yùn)放輸入電壓運(yùn)放輸入電壓輸出電壓輸出電壓 FaFaCACjRARqjU001/1/1 FaFaSCCACjRARAqjUAU00001/1/1 7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(3) 電荷放大器的輸出特

20、性電荷放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 當(dāng)A0足夠大時,傳感器本身的電容和電纜長度不影響電荷放大器的輸出，輸出電壓USC只決定于輸入電荷q及反饋回路的參數(shù)CF和RF。由于1/RFCF, 則： FcaFaSCCACCjRARAqjU0001/1/1 FFSCCqCAqAU001若考慮電纜電容Cc，則有：可見：A0足夠大時，輸出電壓與A0無關(guān)，只取決于q和CF，改變CF的大小可得到所需的電壓輸出。CF一般取值100104pF。7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(3) 電荷放大器的輸出特性電荷放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器運(yùn)放的開環(huán)放

21、大倍數(shù)A0對精度有影響，頻率很高時有：及FcaSCCACCqAU001FSCCqUFcaSCSCSCCACCUUU01100110100001.004A可得A0105。線性集成運(yùn)放易滿足該要求，但要注意RF 值。例1：Ca=1000pF,CF=100pF,Cc=(100pF/m)100m=105pF,當(dāng)要求1%時，則有：則可計算產(chǎn)生的誤差為：7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(3) 電荷放大器的輸出特性電荷放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器 工作頻率很低時，電導(dǎo)1/Ra+(1+A0)/RF與電納jCa+Cc+(1+A0)CF的值相當(dāng)，不可忽略。此時

22、A0足夠大，則：其幅值為： 1/RF =CF時， 。這是截止頻點(diǎn)的輸出電壓，增益下降3dB時對應(yīng)的下限截止頻率為：fL=1/(2RFCF)?？梢?配電荷放大器的壓電器件的低頻幅值誤差和截止頻率配電荷放大器的壓電器件的低頻幅值誤差和截止頻率只取決于反饋電路的參數(shù)只取決于反饋電路的參數(shù)RF和和CF, CF決定于所需電壓輸出幅決定于所需電壓輸出幅度度. FFFFSCCjRqjCAjRAAqjU /11/1000FFSCCRqU22/1/ )2/(FSCCqUUSC與q間的相位誤差：1arctan90-FFCR）（ 7.2 等效電路和測量電路等效電路和測量電路3）測量電路）測量電路(3) 電荷放大器的

23、輸出特性電荷放大器的輸出特性*7. 壓電式傳感器壓電式傳感器1) 壓電元件的串并聯(lián)壓電元件的串并聯(lián) 在壓電傳感器中，為提高靈敏度，通常采用兩片或兩片以上壓電元件組合在一起。連接方法有兩種，如圖所示: 圖a的接法稱為并聯(lián)，兩壓電片的負(fù)極都集中在中間電極上，正電極在兩邊的電極上。其輸出電容C并為單片電容C的兩倍，但輸出電壓U并等于單片電壓U，極板上電量q并為單片電荷量q的兩倍，即：7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用7. 壓電式傳感器壓電式傳感器22qqUUCC并并并7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用1) 壓電元件的串并聯(lián)壓電元件的串并聯(lián) 圖b的接法稱為串聯(lián)，正電

24、荷集中在上極板，負(fù)電荷集中在下極板，中間極板上片產(chǎn)生的負(fù)電荷與下片產(chǎn)生的正電荷相互抵消。由圖可知，輸出總電荷q串等于單電荷q，輸出電壓U串為單片電壓U的兩倍，總電容C串為單片電容C的一半，即：2) 串、并聯(lián)接法的特點(diǎn)串、并聯(lián)接法的特點(diǎn)n并聯(lián)法：輸出電荷大，時間常數(shù)大，宜用于測緩變信號，適 用于以電荷作為輸出量的場合。n串聯(lián)法：輸出電壓大，本身電容小，適用于以電壓作為輸出 的較快變信號，且測量電路輸入阻抗很高的場合。2022-5-17287. 壓電式傳感器壓電式傳感器22CqqUUC串串串7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用2）合理使用）合理使用(1) 壓電片預(yù)應(yīng)力壓電片預(yù)應(yīng)力

25、壓電片在壓電傳感器中，必須有一定的預(yù)應(yīng)力。(2) 壓電力傳感器的安裝壓電力傳感器的安裝 壓電式力傳感器安裝時應(yīng)保證傳感器的敏感軸與受力方向一致。安裝傳感器的上、下接觸面要經(jīng)過精細(xì)加工，以保證平行度和平面度。 當(dāng)接觸表面粗糙時，對環(huán)形壓電力傳感器，可以加裝應(yīng)力分布環(huán)，對并聯(lián)傳感器可加裝應(yīng)力分布塊。在接觸面不平行時，可加裝球形環(huán)，應(yīng)力環(huán)、塊的彈性模量均不得低于傳感器外殼金屬材料的彈性模量。 2022-5-17297. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用2）合理使用）合理使用(2) 壓電力傳感器的安裝壓電力傳感器的安裝 為牢固地安裝傳感器，環(huán)形傳感器可在中心

26、孔加緊固螺栓?？傊?，裝卡牢固是非常重要的，否則不僅會降低傳感器的頻響，還將影響測試的結(jié)果。(3) 合理選擇傳感器的量程和頻率響應(yīng)合理選擇傳感器的量程和頻率響應(yīng) 應(yīng)根據(jù)所測力的極限來選擇壓電力傳感器的量程和頻響，不要使傳感器所測負(fù)荷超過額定量程。傳感器的工作頻帶要能夠覆蓋待測力的頻帶。7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用2）合理使用）合理使用(4) 合理選用二次儀表合理選用二次儀表 測量低頻力信號時，因測試系統(tǒng)的頻率下限將主要取決于傳感器的電荷放大器的時間常數(shù)，因此，測準(zhǔn)靜態(tài)力信號一般要求電荷放大器輸入阻抗高于1012，低頻響應(yīng)為0.001Hz顯示儀表采用直流數(shù)字電壓表。 測量中

27、、高頻力信號時，同樣對于后接器件，儀表有所要求；但一般情況下，壓電力傳感器和電荷放大器對中、高頻的響應(yīng)較好，后接顯示儀表可用峰值電壓表、瞬態(tài)記錄儀、記憶示波器等。7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.3 壓電式傳感器的合理使用壓電式傳感器的合理使用2）合理使用）合理使用(5) 合理選擇安裝連接電纜合理選擇安裝連接電纜 壓電力傳感器與電荷放大器、電荷放大器與顯示記錄儀表的連接大多數(shù)情況下均采用低噪聲電纜。在組成測試系統(tǒng)時，要注意將電纜固定，避免因晃動而產(chǎn)生電纜噪聲給測試系統(tǒng)帶來誤差。同時，要注意電纜插頭及插座的清潔，以保證測試系統(tǒng)的絕緣電阻。(6) 選擇縱、橫向壓電效應(yīng)選擇縱、橫向壓電效應(yīng) 在壓電傳

28、感器中，一般利用壓電材料的縱向壓電效應(yīng)較多，這時所使用的壓電材料大多做成圓片式，有利于使用其橫向壓電效應(yīng)的。 7. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.4 壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式傳感器的應(yīng)用 壓電式傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、軍事和民用等領(lǐng)域，可直接測量力、壓力、加速度等物理量。（1）壓電式加速度傳感器）壓電式加速度傳感器 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)有縱向效應(yīng)型、橫向效應(yīng)型和剪切效應(yīng)型三種?？v向效應(yīng)型最常見，如圖所示，壓電陶瓷4和質(zhì)量塊2為環(huán)型，由螺母3對質(zhì)量塊預(yù)加載，使之壓緊在壓電陶瓷上。測量時將傳感器基座5與被測對象緊固，使質(zhì)量塊感受與傳感器基座相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力F=ma作用。輸出信號由電極1引出。 F作用產(chǎn)生的電荷為： q=d33Fd33ma。 運(yùn)動方向213457. 壓電式傳感器壓電式傳感器7.4 壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式傳感器的應(yīng)用3 3）壓電式壓力傳感器）壓電式壓力傳感器 根據(jù)使用要求不同，壓電式測壓傳感器有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但基本原