壓電傳感器電路仿真

1、壓電式振動測量電路仿真設(shè)計設(shè)計背景在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(shù)，特別是近幾年快速發(fā)展的 ICIC 技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。使傳感器的發(fā)展日新月益，且數(shù)字化、多功能與智能化是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要特征。利用壓電式傳感器進(jìn)行振動測量，根據(jù)壓電效應(yīng)，當(dāng)傳感器和試件以相同頻率振動時，可以產(chǎn)生正比于加速度的表面電荷。國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的

2、領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。壓電式傳感器的原理壓電式傳感器 （由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成） 是一種機(jī)電換能器， 所用的壓電片（如天然石英、人工極化陶瓷等）在受到一定的機(jī)械荷載時，會在壓電片的極化面上產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的載荷成正比。當(dāng)壓電晶體片受力時，晶體的兩表面上聚集等量的正、負(fù)電荷，由于晶體片的絕緣電阻很高，因此壓電晶體片相當(dāng)于一只平行板電容器，如圖 1 1 所示。式中：E E 為壓電晶體的介電常數(shù)；A A 為晶體片（構(gòu)成極板）的面積；d d 為晶體片的厚度；d33d33 為壓電系數(shù)；

3、F F 為沿晶軸施加的力。壓電式加速度計的晶體片確定后，d33d33、d d、ATBATB 是常數(shù)，則晶體片上產(chǎn)生的電壓量與作用力成正比。測量時，當(dāng)加速度計受振動時，傳感器與試件固定在一起感受相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，它的 2 2 個表面上就會產(chǎn)生交變電荷（電壓）。而此交變電荷（電壓）又與作用力成正比，因此交變電荷（電壓）與試件的加速度成正比。這就是壓電式加速度計能夠?qū)⒄駝蛹铀俣绒D(zhuǎn)變成為電量進(jìn)行測振的原理。設(shè)計所需元器件振動臺、壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳感器實驗?zāi)０?。雙蹤示波器。設(shè)計的測量電路圖Ca其電容量為晶體片上產(chǎn)生的電

4、壓量與作用力的關(guān)系為二a=駟F=/Fsin.tCaAA接低通濾波器11接主控箱電源輸出調(diào)試過程及結(jié)果分析將壓電傳感器裝在振動臺面上。將低頻振蕩器信號接入到臺面三源板振動源的激勵源插孔。將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實驗?zāi)０鍍奢斎攵?。將壓電傳感器實驗?zāi)０咫娐份敵龆?VolVol（如果增益不夠大，需接可變增益放大器：Vol,Vol,接 R6,V02R6,V02 接低通濾波器）接入低通濾波器輸入端 ViVi, ,低通濾波器輸出 V V 叫示波器相連。合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察示波器波形。改變低頻振蕩器的頻率，觀察輸出波形變化。用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形。結(jié)果分析:圖 3 3 結(jié)果波形圖當(dāng)振蕩頻率大約為 12HZ12HZ 時，產(chǎn)生共振。壓電式傳感器的測量電路有兩種形式1 1 . .電壓放大器（阻抗變換器）IL丫a）放大器電路；俾 4 4 壓電傳感器接放大器的等效電路2 2 . .電荷放大器Ua（）PRe二二Ce=Ci1oR二二CUiO(b)(b)等效電路(b)圖 5 5 電荷放大器等效