桥墩水下部位缺陷的检测 课件《传感器检测技术》演示模板.pptxVIP

项目四力检测

项目四力检测目录1任务一电子台秤的重量检测2任务二桥墩水下部位缺陷的检测

项目四力检测学习目标能了解弹性敏感元件的特性和要求。能了解几种常用测力称重传感器的特点、用途等。掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应。掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。会连接电桥电路并进行测试。会对测试数据进行分析。能理解压电式传感器的工作原理及特点。能理解测力传感器与压电传感器的应用电路。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测任务提出桥墩水下及地表以下部位由于各种原因会产生一些缺陷，如图4-24所示，它是很难发现的，但又直接威胁到桥梁的安全。用压电式加速度传感器通过检测桥墩对振动的响应，再进行频谱分析，可判定桥墩的内部缺陷。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测相关知识压电式传感器是利用某些物质的压电效应制作的传感器。它是一种典型的有源传感器，又称自发电式力敏感传感器。它具有体积小、重量轻、频率宽、灵敏度高、结构简单、工作可靠等特点。因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、医学、力学等方面得到了广泛的应用。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测一、压电传感器、压电材料的外形和技术指标（一）压电式振动加速度传感器的外形压电式振动加速度传感器的外形如图4-25所示。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测一、压电传感器、压电材料的外形和技术指标（二）压电加速度传感器的技术指标①灵敏度：500mV/g②量程：0~10g③频率范围：4～4000Hz④线性度：≤1%⑤分辨力：0．00004g⑥安装谐振点：15kHz

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（一）压电效应压电效应是可逆的，即有两种压电效应。当某些电介质在一定的方向上受到外力作用而变形时，内部产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力消失时，电荷也消失，又回到原来不带电的状态。这种机械能转变为电能的现象，称为正压电效应，简称压电效应。相反，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。这种将电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应石英晶体是一种性能良好的压电晶体，它具有性能稳定（在20~200℃的范围内，压电常数的变化率仅为-0．0001/℃）、自振频率高、动态相应好、机械强度高、绝缘性能好、迟滞小、重复性好、线性范围宽等优点。但石英晶体的压电常数较小，一般用来制作成标准传感器、高精度传感器和使用温度较高的传感器。而普通测量中基本都采用压电陶瓷。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应石英晶体的外形是规则的六角棱柱体，它有三个晶轴，如图4-27所示。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应1.纵向压电效应若从石英晶体上沿Y轴方向切下如图4-27c所示的晶片，当沿着X轴对晶片施加作用力时，在垂直于X轴的表面上产生电荷qX。如图4-28a、b所示，产生的电荷与作用力的大小成正比，与晶片尺寸无关。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应2.横向压电效应若在同一晶片上，沿Y轴对晶片施加作用力时，在垂直于X轴的表面上产生电荷。如图4-28c、d所示，产生的电荷与作用力的大小成正比，与晶片尺寸有关。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应3.石英晶体压电效应的产生机理石英晶体的化学分子式为SiO2，每一个晶体单元中有三个硅离子和六个氧离子，它们交替排列，在垂直于Z轴平面上分布在正六边形的顶角上，如图4-29a所示。当作用力为零时，正负电荷平衡，外部不带电。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（二）石英晶体的压电效应

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（三）压电陶瓷的压电效应原始的压电陶瓷由于内部各个电畴无规则排列，极化效应抵消，因此不具有压电效应。当外加直流电场时，使得电畴规则排列，这时压电陶瓷就有了压电特性。在极化电场去除后，电畴方向基本不变，留下了很强的剩余极化。极化过的压电陶瓷受外力作用时，其表面能产生电荷，如图4-30所示，所以压电陶瓷也具有压电效应。压电陶瓷的压电系数比石英晶体的压电系数大得多，因此其灵敏度较高，而且制造成本较低，被广泛使用。

任务二桥墩水下部位缺陷的检测二、压电传感器的工作原理（三）压电陶瓷的压电效应

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