傳感器第五章 電勢(shì)式傳感器原理與應(yīng)用

傳感器第五章電勢(shì)式傳感器原理與應(yīng)用第一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.1磁電式傳感器的工作原理5.1.2動(dòng)圈式磁電傳感器5.1.3磁阻式磁電傳感器5.1.4磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性5.1磁電式傳感器第二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.1磁電式傳感器的工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律：如果線圈是N匝，磁場(chǎng)強(qiáng)度是B，每匝線圈的平均長(zhǎng)度la，線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度為υ=dx/dt，則整個(gè)線圈中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：第三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日不同類型的磁電式傳感器磁通量Ф的變化實(shí)現(xiàn)辦法:磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；磁路中磁阻的變化；恒定磁場(chǎng)中線圈面積的變化.直接應(yīng)用：測(cè)定速度在信號(hào)調(diào)節(jié)電路中接積分電路，或微分電路，磁電式傳感器就可以用來(lái)測(cè)量位移或加速度。第四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.1磁電式傳感器的工作原理5.1.2動(dòng)圈式磁電傳感器5.1.3磁阻式磁電傳感器5.1.4磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性5.1磁電式傳感器第五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.2動(dòng)圈式磁電傳感器1.動(dòng)圈式磁電傳感器原理2.動(dòng)圈式磁電傳感器結(jié)構(gòu)第六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日1.動(dòng)圈式磁電傳感器原理動(dòng)圈式磁電傳感器原理圖第七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日傳感器原理如果在線圈運(yùn)動(dòng)部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度B是均勻的，則當(dāng)線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)速度為υ時(shí)，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：當(dāng)α＝90°，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：當(dāng)N、B和la恒定不變時(shí)，E與υ=dx/dt成正比，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小就可以知道被測(cè)速度的大小。第八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2.動(dòng)圈式磁電傳感器結(jié)構(gòu)磁電式傳感器構(gòu)成：1、磁路系統(tǒng)由它產(chǎn)生恒定直流磁場(chǎng)。為了減小傳感器的體積，一般都采用永久磁鐵；2、線圈由它運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。作為一個(gè)完整的磁電式傳感器，除了磁路系統(tǒng)和線圈外，還有一些其它元件，如殼體、支承、阻尼器、接線裝置等。第九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日磁電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖5.1.2磁電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖1-彈簧片2-永久磁鐵3-阻尼器4-引線5-芯桿6-外殼7-線圈8-彈簧片第十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.1磁電式傳感器的工作原理5.1.2動(dòng)圈式磁電傳感器5.1.3磁阻式磁電傳感器5.1.4磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性5.1磁電式傳感器第十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.3磁阻式磁電傳感器線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測(cè)物連接而運(yùn)動(dòng)的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，在運(yùn)動(dòng)中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁能量，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而電勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。

結(jié)構(gòu)：開(kāi)磁路、閉磁路第十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器1－永久磁鐵3－感應(yīng)線圈2－軟鐵4－齒輪結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。第十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日閉磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器閉磁路磁組式轉(zhuǎn)速傳感器采用在振動(dòng)強(qiáng)的場(chǎng)合，有下限工作頻率（50Hz）傳感器的輸出電勢(shì)取決于線圈中磁場(chǎng)變化速度，第十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.1磁電式傳感器的工作原理5.1.2動(dòng)圈式磁電傳感器5.1.3磁阻式磁電傳感器5.1.4磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性5.1磁電式傳感器第十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.1.4磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性一個(gè)二階系統(tǒng)。Vo為傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)速度，即被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度；Vm為傳感器慣性質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)速度。等效機(jī)械系統(tǒng)第十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日若V(t)為慣性質(zhì)量塊相對(duì)外殼的運(yùn)動(dòng)速度幅頻特性相頻特性式中，ω——被測(cè)振動(dòng)的角頻率；

ωn——傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的固有角頻率

ξ——傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比運(yùn)動(dòng)方程第十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線只有ω>>ωn的情況下，Av(ω)≈1，相對(duì)速度V(t)的大小才可以作為被測(cè)振動(dòng)速度V0(t)的量度。因此磁電式速度傳感器的頻率較低，一般為10～15Hz。第十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量振動(dòng)速度的原理相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V（t）就是前面的線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度dx/dt.傳感器的輸出電勢(shì)E與相對(duì)速度V（t）成正比，而V（t）可以度量被測(cè)振動(dòng)速度V0（t），所以電勢(shì)E也可以度量V0（t）。Endthe5.1第十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用第二十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2.1霍爾傳感器工作原理 在金屬或半導(dǎo)體薄片的兩端通過(guò)控制電流，并在薄片的垂直方向上施加磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（霍爾電勢(shì)），這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

第二十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日霍爾效應(yīng)原理——霍爾常數(shù)

第二十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日載流子受洛侖茲力霍爾電場(chǎng)強(qiáng)度平衡狀態(tài)電子運(yùn)動(dòng)平均速度霍爾電勢(shì)第二十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日霍爾常數(shù)霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度：金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢(shì)也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件?；魻栯妱?shì)與導(dǎo)體厚度d成反比：為了提高霍爾電勢(shì)值，霍爾元件制成薄片形狀?；魻栐`敏度（靈敏系數(shù)）半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度）比空穴遷移率高，因此N型半導(dǎo)體較適合于制造靈敏度高的霍爾元件，第二十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用第二十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路霍爾元件第二十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用第二十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)：(1)輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻：控制電極間的電阻

輸出電阻：霍爾電極之間的電阻(2)額定控制電流和最大允許控制電流

額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值

最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的控制電流值第二十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日(3)不等位電勢(shì)Uo和不等位電阻ro

不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。r

0稱不等位電阻

第二十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日(4)寄生直流電勢(shì)霍爾元件零位誤差的一部分當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢(shì)控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢(shì)(5)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化1oC時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率第三十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用第三十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.3.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償1.不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償2.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌?yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日1.不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償可以把霍爾元件視為一個(gè)四臂電阻電橋，不等位電勢(shì)就相當(dāng)于電橋的初始不平衡輸出電壓。第三十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日不等位電勢(shì)的補(bǔ)償電路不對(duì)稱電路簡(jiǎn)單，而對(duì)稱補(bǔ)償?shù)臏囟确€(wěn)定性要好些第三十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2.溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差產(chǎn)生原因： 霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對(duì)溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。 當(dāng)溫度變化時(shí)，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢(shì)、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器產(chǎn)生溫度誤差。第三十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日減小霍爾元件的溫度誤差選用溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施采用恒流源供電第三十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日恒流源溫度補(bǔ)償霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢(shì)的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值時(shí)，它們的霍爾電勢(shì)隨溫度的升高而增加（1+α△t）倍。同時(shí)，讓控制電流I相應(yīng)地減小，能保持KHI不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響第三十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日恒流源溫度補(bǔ)償電路當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí)，旁路分流電阻自動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的控制電流。第三十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日控制電流溫度升到T時(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)槭街?，δ——霍爾元件輸入電阻溫度系?shù)；

β——分流電阻溫度系。第三十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日

為使霍爾電勢(shì)不變，補(bǔ)償電路必須滿足:升溫前、后的霍爾電勢(shì)不變，經(jīng)整理，忽略高次項(xiàng)后得用上式即可計(jì)算出分流電阻及所需的溫度系數(shù)值第四十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用第四十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)應(yīng)用：電磁測(cè)量：測(cè)量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率、無(wú)功功率、相位、電能等參數(shù)；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測(cè)量。第四十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日1.微位移和壓力的測(cè)量測(cè)量原理： 霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，若磁感應(yīng)強(qiáng)度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢(shì)的大小就可以用來(lái)反映霍爾元件的位置。應(yīng)用： 位移測(cè)量、力、壓力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度第四十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的示意圖位移量較小，適于測(cè)量微位移和機(jī)械振動(dòng)第四十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日霍爾式壓力傳感器彈簧管磁鐵霍爾片第四十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日加速度傳感器第四十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2.磁場(chǎng)的測(cè)量 在控制電流恒定條件下，霍爾電勢(shì)大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，由于霍爾元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它特別適用于微小氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、高梯度磁場(chǎng)參數(shù)的測(cè)量?；魻栯妱?shì)是磁場(chǎng)方向與霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。應(yīng)用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器Endthe5.2第四十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.3壓電式傳感器5.3.1壓電式傳感器的工作原理5.3.2等效電路及信號(hào)變換電路5.3.3壓電式加速度傳感器5.3.4壓電式測(cè)力傳感器第四十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.3.1壓電式傳感器的工作原理電勢(shì)型傳感器

以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ) 壓電效應(yīng)可逆“雙向傳感器”正壓電效應(yīng) 加力變形產(chǎn)生電荷逆壓電效應(yīng)

施加電場(chǎng)電介質(zhì)產(chǎn)生變形應(yīng)力

常見(jiàn)的壓電材料有石英、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。第四十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日1.石英晶體的壓電效應(yīng)X軸：電軸或1軸；Y軸：機(jī)械軸或2軸；Z軸：光軸或3軸?！翱v向壓電效應(yīng)”：沿電軸（X軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷“橫向壓電效應(yīng)”：沿機(jī)械軸（Y軸）方向的力作用下產(chǎn)生電荷在光軸（Z軸）方向時(shí)則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第五十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日晶體切片當(dāng)沿電軸方向加作用力Fx時(shí)，則在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷

d11——壓電系數(shù)（C/N）作用力是沿著機(jī)械軸方向電荷仍在與X軸垂直的平面第五十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日切片上電荷的符號(hào)與受力方向的關(guān)系圖（a）是在X軸方向受壓力，圖（b）是在X軸方向受拉力，圖（c）是在Y軸方向受壓力，圖（d）是在Y軸方向受拉力。第五十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日石英晶體的壓電效應(yīng)（a）正負(fù)電荷是互相平衡的，所以外部沒(méi)有帶電現(xiàn)象。（b）在X軸方向壓縮，表面A上呈現(xiàn)負(fù)電荷、B表面呈現(xiàn)正電荷。（c）沿Y軸方向壓縮，在A和B表面上分別呈現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷第五十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日石英晶體一種天然晶體，壓電系數(shù)d11＝2.31×10－12C/N；莫氏硬度為7、熔點(diǎn)為1750℃、膨脹系數(shù)僅為鋼的1/30。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高、線性范圍寬、重復(fù)性好、固有頻率高、動(dòng)態(tài)特性好、工作溫度高達(dá)550℃（壓電系數(shù)不隨溫度變化而改變）、工作濕度高達(dá)100%、穩(wěn)定性好。第五十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2.壓電陶瓷的壓電效應(yīng)人工制造的多晶體，壓電機(jī)理與壓電晶體不同。壓電陶瓷的極化第五十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日陶瓷片極化壓電陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符合相反而數(shù)值相等，它起著屏蔽和抵消陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對(duì)外的作用，因此陶瓷片對(duì)外不表現(xiàn)極性。第五十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)壓電陶瓷片上加上一個(gè)與極化反向平行的外力，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮變形，原來(lái)吸附在極板上的自由電荷，一部分被釋放而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。 當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之間的距離變大，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸附部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系

第五十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日常見(jiàn)壓電陶瓷：（1）鈦酸鋇（BaTiO3）壓電陶瓷 具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，機(jī)械強(qiáng)度不如石英。（2）鋯鈦酸鉛Pb（Zr·Ti）O3系壓電陶瓷（PZT） 壓電系數(shù)較高，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度、時(shí)間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。（3）鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN） 具有較高的壓電系數(shù)，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作，可作為高溫下的力傳感器。第五十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.3壓電式傳感器5.3.1壓電式傳感器的工作原理5.3.2等效電路及信號(hào)變換電路5.3.3壓電式加速度傳感器5.3.4壓電式測(cè)力傳感器第五十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日5.3.2等效電路及信號(hào)變換電路1.壓電元件的等效電路2.壓電式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路第六十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日1.壓電元件的等效電路第六十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日壓電式傳感器的等效電路(a)等效為一個(gè)電荷源Q與一個(gè)電容Ca并聯(lián)的電路(b)等效成一個(gè)電源U=Q/Ca

和一個(gè)電容Ca的串聯(lián)電路第六十二頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日兩個(gè)壓電片的聯(lián)接方式（a）“并聯(lián)”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時(shí)間常數(shù)大，適宜用在測(cè)量慢變信號(hào)并且以電荷作為輸出量的地方，（b）“串聯(lián)”Q’=Q，U’=2U，C’=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號(hào)，且測(cè)量電路輸入阻抗很高的地方。第六十三頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日2.壓電式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路 壓電式傳感器要求負(fù)載電阻RL必須有很大的數(shù)值，才能使測(cè)量誤差小到一定數(shù)值以內(nèi)。 因此常先接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大電路及其它電路。

測(cè)量電路關(guān)鍵在高阻抗的前置放大器。前置放大器兩個(gè)作用:把壓電式傳感器的微弱信號(hào)放大；把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。第六十四頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日（1）電壓放大器Ca：傳感器的電容Ra：傳感器的漏電阻Cc：連接電纜的等效電容Ri：放大器的輸入電阻Ci：輸入電容第六十五頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日前置放大器輸入電壓壓電元件的力F=Fmsinωt壓電元件的壓電系數(shù)為d11，產(chǎn)生的電荷為Q=d11·F。輸入電壓的幅值當(dāng)作用力是靜態(tài)力（ω=0）時(shí)，前置放大器的輸入電壓為零。原理上決定了壓電式傳感器不能測(cè)量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器突出優(yōu)點(diǎn)：高頻響應(yīng)相當(dāng)好。第六十六頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日傳感器的低頻響應(yīng)范圍如果被測(cè)物理量是緩慢變化的動(dòng)態(tài)量，而測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)又不大，則造成傳感器靈敏度下降。因此為了擴(kuò)大傳感器的低頻響應(yīng)范圍，就必須盡量提高回路的時(shí)間常數(shù)。但這不能靠增加測(cè)量回路的電容量來(lái)提高時(shí)間常數(shù)，因?yàn)閭鞲衅鞯碾妷红`敏度與電容成反比的，切實(shí)可行的辦法是提高測(cè)量回路的電阻。由于傳感器本身的絕緣電阻一般都很大，所以測(cè)量回路的電阻主要取決于前置放大器的輸入電阻。放大器的輸入電阻越大，測(cè)量回路的時(shí)間常數(shù)就越大，傳感器的低頻響應(yīng)也就越好。第六十七頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日電壓放大器應(yīng)用限制壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí)，連接電纜不能太長(zhǎng)。電纜長(zhǎng)，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡(jiǎn)單，元件少，價(jià)格便宜，工作可靠，但是電纜長(zhǎng)度對(duì)傳感器測(cè)量精度的影響較大，在一定程度上限制了壓電式傳感器在某些場(chǎng)合的應(yīng)用。第六十八頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日解決電纜問(wèn)題的辦法將放大器裝入傳感器中，組成一體化傳感器。第六十九頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）電荷放大器 壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。 能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)1010~1012Ω，輸出阻抗小于100Ω。 使用電荷放大器突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。第七十頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日壓電傳感器與電荷放大器連接等效電路K是放大器的開(kāi)環(huán)增益，（-K）表示放大器的輸出與輸入反相，若開(kāi)環(huán)增益足夠高，則放大器的輸入端的電位接近“地”電位。第七十一頁(yè)，共七十九頁(yè)，2022年，8月28日充電電壓接近等于放大器的輸出電壓幾點(diǎn)結(jié)論：1、電荷放大器的輸出電壓只與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)，而與放大器的放大系數(shù)的