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压电式加速度 传感器论文 学 院 工程学院 专 业 电气自动化 班 级 机电0902班 学 号 0930070135 姓 名 李 政 指导教师 卫吉良 目录 目录 一、国内外现状 1 二、压电加速度传感器原理 4 1．压电式加速度传感器构成元件 6 2. 压电式加速度传感器 7 3．压电式加速度传感器 8 三、压电式加速度传感器 9 四、提高压电加速度传感器频响的措施 10 1.材料结构与设计 10 2.材料选择问题 11 五、总结 12 六、压电式加速度传感器 12 参考文献 13 压电式加速度传感器器(中心压缩型)样机的主要技术指标为:最大冲击加速度I OO,OOOg，最高频响8kHz。在压电加速度传感器的研制方面，北戴河亿柏传感器技术研究所和西安204所做得较好。 二、压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。 Q＝dij﹒F=dij﹒M﹒a （1） 式中：Q――压电晶体输出的电荷。 dij――压电晶体的二阶压电张量。 M――传感器的敏感质量。 a――所受的振动加速度值。 每只传感器中内装晶体元件的二阶压电张量是一定的，敏感质量M是一个常量，所以公式（1）说明压电加速度传感器产生的电荷量与振动加速度a成正比。这就是压电加速度传感器完成的机电转换的工作原理。 压电加速度传感器承受单位振动加速度值能输出电荷量的多少，称其为电荷灵敏度，单位为pC/ms-2或pC/g(1g≈9.8 ms-2)。 压电加速度传感器实质上相当于一个电荷源和一只电容器，通过等效电路简化后，则可算出传感器的电压灵敏度为： Sv＝SQ/Ca SV――传感器电压灵敏度 mV/ms-2 SQ――传感器的电荷灵敏度 pC/ms-2 Ca――传感器的电容量 pF 压电加速度传感器在使用中最主要的三项指标为：a电荷灵敏度（或电压灵敏度）、b谐振频率（工作频率在谐振频率1/3以下）、c最大横向灵敏度比。 由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。 为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示 仪表或记录器。 压电式加速度传感器 (a)中心安装压缩型?? (b)环形剪切型?? (c) 三角剪切型 图13.18? 压电式加速度计 常用的压电式加速度计的结构形式如图13.18所示。S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环。图13.18a是中央安 装压缩型，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。然而基座B与测试对 象连接时，如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化， 易引起温度漂移。图13.18c为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时，压电元件承 受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。图13.18b为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。压电式加速度传感器 图13.19 压电式加速度计的幅频特性曲线 ??? 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图（图13.19）。一般小阻尼(z=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小于30。但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降。加速度计与试件的各种固定方法见 图13.20。 图13.20? 加速度计的固定方法 其中图13.20a采用钢螺栓固定，是使共振频率能达到出厂共振频率的最好方法。螺栓不得全部拧入基座螺孔，以免引起基座 变形，影响加速度计的输出。在安装面上涂一层硅脂可增加不平整安装表面的连接可靠性。需要绝缘时可用绝缘螺栓和云母垫片来 固定加速度计（图13.20b），但垫圈应尽量簿。用一层簿蜡把加速度计粘在