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1、压电式传感器压电式传感器4508145081 目的要求目的要求 l（1）理解压电效应的基本概念。）理解压电效应的基本概念。l（2）了解压电元件的等效电路。）了解压电元件的等效电路。l（3）熟悉压电式传感器的应用。）熟悉压电式传感器的应用。 图5-5 压电材料在各种受力条件下所产生的电荷极性图5-6 压电效应的可逆性三、压电式传感器的测量电路三、压电式传感器的测量电路 l1等效电路l压电式传感器可以看作一个电荷发生器，它同时也是一个电容器，如图5-7（a）图5-7（b）所示。因此，当需要压电元件输出电荷时，则可把它等效成一个与电容相并联的电荷源，如图5-7（c）所示；当需要压电元件输出电压信号时
2、，可把它等效成一个与电容串联的电压源，如图5-7（d）所示。其两极板间开路电压为：aaaCQU 图5-7 压电式传感器的等效电路l压电式传感器在实际测量时还需连接测量电路或仪器，因此传感器实际的等效电路还须考虑连接电缆电容Cc、放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci等形成的负载阻抗对电路的影响；加之考虑空气有一定的湿度，压电元件也并非理想元件，其内部存在泄漏电阻Ra，因此，压电式传感器实际的等效电路如图5-8所示。图5-8（a）为电荷源，图5-8（b）为电压源。图5-8 压电式传感器实际的等效电路l由压电式传感器实际的等效电路可以看出，只有在外电路负载无穷大，且内部无漏电时，电压源才能保持长期不变
3、；如果负载不是无穷大，则电路就会按指数规律放电。这对于静态标定及低频准静态的测量极为不利，必然带来误差。事实上，压电式传感器的内部不可能没有泄漏，外电路负载也不可能无穷大，压电元件只有在交变力的作用下，以较高频率不断地作用，电荷才能源源不断地产生并得以不断补充，以供给测量回路一定的电流。从这个意义上讲，压电式传感器不适用于静态测量，只适用于动态测量。四、压电式传感器的应用四、压电式传感器的应用l1压电式切削力的测量装置 图5-11 压电式切削力的测量装置l2高速公路的测速系统图5-13 高分子压电电缆的结构l3玻璃破碎报警器 图5-14 玻璃破碎报警器复习总结复习总结 l当某些晶体在一定的方向
4、上受到外力的作用时，在两个对应的晶面上会产生极性符号相反的电荷；当外力撤销时，电荷也消失。作用力的方向改变时，两个对应晶面上的电荷符号将发生 ，该现象称为 效应。常见的压电材料有 、 和 等。l为解决微弱信号的转换与放大的问题以得到足够强的输出信号，压电式传感器的测量电路需要有 ，一是将压电式传感器的 输出阻抗变换为 输出阻抗；二是 压电式传感器的输出信号。l前置放大器有 和 两种形式。其中， 优于 ， 的输出电压仅与传感器产生的电荷量及放大器的反馈电容有关，而与连接电缆无关，更换连接电缆时不会影响传感器的灵敏度。l压电元件组合的基本方式有 和 。采用 方式，适合以 作为输出信号的场合；若采用 方式，适合于以 作为输出信号的场合。