应变式传感器及其应用.PPT

传感器原理及应用技术（第2版） 第 5 章 压电式传感器及其应用 5.1压电式传感器工作原理、结构及测量电路 5.2 压电式加速度传感器 5.3 超声波传感器及其应用 小 结 5.1压电式传感器工作原理、结构及测量电路 5.1.1 压电式传感器的工作原理 5.1.2 压电传感器的测量电路 5.1.1 压电式传感器的工作原理 1. 压电效应 科学研究中发现，某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷，这种现象称作压电效应。 2. 电致伸缩效应 压电效应是可逆的，当在压电元件上沿着电轴的方向施加电场，压电元件将产生机械变形。如果外加电场的大小、方向发生变化，压电元件的机械变形的大小也随之相应变化，这种现象称作电致伸缩效应。 3. 压电材料 常见的压电材料可分为三大类：压电晶体、压电陶瓷与高分子压电材料。 5.1.2 压电传感器的测量电路 1. 电压放大器 实际使用时，不能随意更换传感器出厂时的连接电缆，否则，会给测量带来误差。 2. 电荷放大器 电荷放大器的输出电压只与反馈电容有关，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，这是电荷放大器的最大优点。 5.2 压电式加速度传感器 压电式加速传感器的结构如图5.4所示。在两块表面镀银的压电片（石英晶体或压电陶瓷）间夹一片金属薄片，并引出输出信号的引线。在压电片上放置一块质量块，并用硬弹簧对压电元件施加预压缩载荷。静态预载荷的大小应远大于传感器在振动、冲击测试中可能承受的最大动应力。这样，当传感器向上运动时，质量块产生的惯性力使压电元件上的压应力增加；反之，当传感器向下运动时，压电元件的压应力减小，从而输出与加速度成正比的电信号。 雨滴传感器 雨滴传感器由振动板、压电元件、放大电路、壳体及阻尼橡胶构成 5.3 超声波传感器及其应用 5.3.1 超声波特性 5.3.2 超声波传感器的应用 5.3.1 超声波特性 人们能听到的声音是由物体振动产生的，它的频率在20HZ～20kHZ范围内。频率超过20KHZ称为超声波，低于20HZ称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十kHZ到几十MHZ。 超声波具有以下基本性质。 1. 传播速度 2. 反射和折射现象 3. 传播中的衰减 5.3.2 超声波传感器的应用 1. 超声波传感器在液位测量中的应用 2. 超声波探伤 （1） 纵波探伤 （2） 横波探伤 （3） 表面波探伤 3. 超声波流量测量 4. 超声波在车辆、交通信号控制系统中的应用 小 结 压电式传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应工作的。利用压电传感器可以测量最终能够变换成力的物理量，如位移、加速度等。常见的压电式传感器有加速度传感器，利用它可以检测振动的速度、加速度以及振动的幅度。常见的压电材料有石英晶体和人造压电陶瓷，压电传感器的测量电路有电压放大器和电荷放大器。电压放大器的灵敏度与传感器到放大器的连接电缆有关，所以使用场合受到限制，而电荷放大器的灵敏度只与放大器的反馈电容有关，目前广泛使用。 利用压电元件的电致伸缩效应可以发射超声波，利用超声波的特性可以实现遥测、遥控。它广泛应用于位移、液位以及液体流量的测量。 * * 主 编 刘伟 电子工业出版社 高等职业教育电子信息类贯通制教材（机电技术专业） 自动雨刮器控制系统，当雨滴触及传感器表面时，在传感器内部产生随雨滴强度和频率变化的电压（A点）变换（在压电元件上发生与雨滴运动能量成正比的电压波形），该电压波形经传感器内部放大电路放大（B点），储入功率放大器内的充电电路。当储入充电电路的电压信号达到一定值（Vo）时，经过比较电路输入雨刮器驱动电路，雨刮器随即开始动作。A、S为自动停止机构。 　　由于间歇时间（T）与充电电路电压达到Vo的速度成正比，所以雨刮能量越高，车速越快，时间也越短；反之则长。 1-阻尼橡胶；2-压电元件；3-不锈钢振动板；4-上盖；5-混合集成电路； 6-电容器；7-密封条；8-下盖；9-电路板；10-密封条；11-套管；12-线束 液面 液面 超声波探头 T B T F B 探头 F1 F2 T2 T1