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* 项目六 振动信号的测量与控制 许多情况下，机械振动会造成危害。它影响精密仪器设备的功能；降低加工零件的精度和表面质量；加剧构件的疲劳破坏和磨损，导致构件损坏造成事故。但也利用振动来作有益的事情，如钟表、清洗、超声振动切削等。振动测量和控制在生产实践中一直占有相当重要的地位。因此必须对机械振动进行观测、分析、研究，测试始终是一个重要的、必不可少的手段。目前常用的振动测量方法是电测法。电测法的测振传感器又称为拾振器。拾振器按工作原理分，有压电式、磁电式、电动式、电容式、电感式、电涡流式、电阻式和光电式等。在各类拾振器中，压电式和应变式加速度计使用较为广泛。本项目介绍的就是压电传感器的振动测量。 任务一 压电传感器的振动信号检测与控制 1.了解压电传感器的原理； 2.了解压电式传感器的类型、结构、性能特点、信号检测及处理方法： 3.掌握压电式振动测量系统的安装、和检测方法。 一、目的要求 二、相关内容 1.振动测量 （1）振动的基本概念 物体围绕平衡位置作往复运动称为振动。振动可分为：机械振动、土木结构振动、运输工具振动以及武器、爆炸引起的冲击振动等。从振动的频率范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。振动的主要参数包括：频率f，单位为Hz，振幅x，单位为mm；振动的速度v，单位为m/s；加速度a，单位为m/s2。 （2）测振传感器的分类 测振用的传感器又称拾振器。它有接触式和非接触式之分。接触式中又有磁电式、电感式、压电式等。非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。 任务一 压电传感器的振动信号检测与控制 二、相关内容 2.压电传感器 (1)压电效应 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象叫做压电效应。 在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械振动。当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 在晶体的弹性限度内，在x轴方向上施加压力Fx时，在x面上产生的电荷为 Q=d11Fx 式中 , d11为压电常数。 （2）压电材料的分类及特性 压电式传感器中的压电元件材料主要有三类：压电晶体（单晶体）、经过极化处理的压电陶瓷（多晶体）、高分子压电材料。 任务一 压电传感器的振动信号检测与控制 二、相关内容 2.压电传感器 （2）压电材料的分类及特性 ①石英晶体 石英晶体：突出优点是性能非常稳定。在20～200℃的范围内压电常数的变化率只有- 0.0001/℃。 不足之处：压电常数较小（d=2.31?10-12C/N）。 因此石英晶体大多只在标准传感器、高精度传感器或使用温度较高的传感器中使用，而在一般要求的测量中，基本上采用压电陶瓷。 ②压电陶瓷 比石英晶体的压电系数高得多，而制造成本却较低，目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料主要有以下几种： 锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT） 有较高的压电常数[d＝（200～500）?10-12C/N]和居里点（500℃左右），是目前经常采用的一种压电材料。 任务一 压电传感器的振动信号检测与控制 二、相关内容 2.压电传感器 （2）压电材料的分类及特性 ③高分子压电材料 高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。其中以PVF2和PVDF的压电常数最高。 高分子压电材料是一种柔软的压电材料。可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。经极化处理后就显现出电压特性。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，因此价格便宜。它的声阻抗约为0.02MPa/s，与空气的声阻抗有较好的匹配，可以制成特大口径的壁挂式低音扬声器。 高分子压电材料的工作温度一般低于100℃。温度升高时，灵敏度将降低。它的机械强度不够高，耐紫外线能力较差，不宜暴晒，以免老化。 任务一 压电传感器的振动信号检测与控制 二、相关内容 2.压电传感器 （3）压电传感器等效电路 ①压电晶体 在压电晶片的两个工作面上进行蒸镀，形成金属膜，构成两个电极如图6.1.1所示。当晶片的两个表面出现数值相等、极性相反的电路，形成电场。因此，压电传感器可等效成一个有源的电容器。其电容为： 式中：ε为压电材料的相对介电常数，δ为极板间距（晶片厚度）单位（ｍ），Ａ为晶体工作面积（ｍ２）。 任务一 压电传