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1、一、一、石英晶体石英晶体 石英晶体是单晶体结构,它是一个正六面体。石英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴 z 称为光光轴轴,经过六面体棱线并垂直于光轴的 x 轴称为电电轴轴,与 x 和 z 轴同时垂直的轴 y 称为机械轴机械轴。光光轴轴电电轴轴机机械械轴轴第1页/共12页第三章、传感器测量原理3.5 压电式传感器等效电路 压电传感器可视为电荷发生器，又相当于一个电容器，晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板,极板间物质等效于一种介质。静态或准静态测量时，需采用极高阻抗的负载；动态测量时，漏电量相对较小，宜作动态测量。F+并联并联+串联串联q=DF 并接时电容量大，输出电量大，时间常
2、数大，宜于测量缓变信号，适宜于以电荷量输出的场合。串接法传感器本身电容小，输出电压大，适用于以电压作为输出信号。+第2页/共12页第三章、传感器测量原理3.5 压电式传感器等效电路 R0U0CaCcCiq为了有一定的输出电压，并实现不失真测试，压电式传感器必须有高输入阻抗，并在输入端并联电容，第3页/共12页第三章、传感器测量原理电压放大器等效电路 电缆长度对灵敏度影响很大 需先输入前置放大器，将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出，并放大传感器输出的微弱信号。两种形式：电阻反馈的电压放大器，电容反馈的电荷放大器 传感器电容电缆电容外接电路电容第4页/共12页第三章、传感器测量原理电荷放大器等效
3、电路 电缆长度对灵敏度无影响电荷放大器是一个高增益带电容反馈的运算放大器 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中。第5页/共12页压电式传感器的性能3.5压电式传感器 压电式传感器的内阻很高，产生的电荷量很小，易受传输电缆杂散电容的影响，压电式传感器的内阻很高，产生的电荷量很小，易受传输电缆杂散电容的影响，必须采用阻抗变换器或电荷放大器。必须采用阻抗变换器或电荷放大器。在低频振动时，压电式加速度计振动圆频率小，受灵敏度限制，其输出信号很在低频振动时，压电式加速度计振动圆频率小，受灵敏度限制，其输出信号很弱，信噪比差。弱，信噪比差。横向输出：一种干扰、产
4、生测量误差。使用时，应力求使最小横向灵敏度方向横向输出：一种干扰、产生测量误差。使用时，应力求使最小横向灵敏度方向与最大横向干扰力方向重合。与最大横向干扰力方向重合。第6页/共12页压电式传感器的应用3.5压电式传感器 测量力、压力、振动加速度，也用于声学和声发射等的测量测量力、压力、振动加速度，也用于声学和声发射等的测量 压电式压力传感器：测量范围（压电式压力传感器：测量范围（10-3N104KN），动态范围为），动态范围为60dB,测量方向测量方向有单方向的，也有多方向的。有单方向的，也有多方向的。两种形式：利用膜片式弹性元件，通过膜片承压面积将压力转化为力，膜片中两种形式：利用膜片式弹性
5、元件，通过膜片承压面积将压力转化为力，膜片中间有凸台，凸台背面放置压电片。间有凸台，凸台背面放置压电片。利用活塞的承压面承受压力，并使活塞所受的力通过在活塞另一端的顶杆作利用活塞的承压面承受压力，并使活塞所受的力通过在活塞另一端的顶杆作用在压电片上。用在压电片上。压电式加速度传感器：压电片处于传感器壳体和质量块之间，用强弹簧将质量压电式加速度传感器：压电片处于传感器壳体和质量块之间，用强弹簧将质量块、压电片紧压在壳体上。块、压电片紧压在壳体上。第7页/共12页压电加速度传感器的工作原理压电加速度传感器由质量块、压电元件和支座组成。支座与待测物刚性地固定在一起。当待测物运动时,支座与待测物以同一加速度运动,压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用,在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。当振动频率远低于传感器的固有共振频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比。电信号经前置放大器放大,即可由仪器测试出电荷(电压)大小,从而得知物体的加速度。3.5压电式传感器 第8页/共12页3 应用b)压力变送器3.5压电式传感器 a)加速度计，力传感器 第9页/共12页第10页/共12页第11页/共12页谢谢您的观看！第12页/共12页