壓電應(yīng)用課件

1、 壓電傳感器的應(yīng)用 一、壓電加速度傳感器 壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)形式主要有壓縮型、剪切型和復(fù)合型 主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼 等組成。整個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。10/5/20221壓縮式10/5/20222剪切式10/5/20223組合一體化壓電加速度傳感器10/5/20224二、壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器以及在車床中用于動(dòng)態(tài)切削力的測量 10/5/20225三、壓電式血壓傳感器雙晶片懸梁結(jié)構(gòu)。雙晶片極化方向相反，并聯(lián)相接。在敏感振膜中央上下兩側(cè)各膠粘有半圓柱塑料塊。被測動(dòng)脈血壓通過上塑料塊、振膜、下塑料塊傳遞到壓電懸梁的自由端。壓電梁彎曲變形產(chǎn)生的電荷輸出。10/5/20

2、226四、高分子壓電材料的應(yīng)用 1. 玻璃打碎報(bào)警裝置 將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。 粘貼位置10/5/20227高分子壓電材料制作的玻璃打碎傳感器質(zhì)量塊 將厚約0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成1020mm大小。在它的正反兩面各噴涂透明的二氧化錫導(dǎo)電電極，再用超聲波焊接上兩根柔軟的電極引線，并用保護(hù)膜覆蓋。 使用時(shí)，用瞬干膠將其粘貼在玻璃上。當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬間，壓電薄膜感受到劇烈振動(dòng)，表面產(chǎn)生電荷Q ，在兩個(gè)輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報(bào)警信號(hào)。10/5/20228壓電傳感器只能應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測量 由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生

3、的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，即需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的，因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量。壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，可以供給測量回路以一定的電流，故只適用于動(dòng)態(tài)測量（一般必須高于100Hz，但在50kHz以上時(shí)，靈敏度下降）。 10/5/20229 2壓電式周界報(bào)警系統(tǒng)（用于重要位置出入口、周界安全防護(hù)等） 將長的壓電電纜埋在泥土的淺表層，可起分布式地下麥克風(fēng)或聽音器的作用，可在幾十米范圍內(nèi)探測人的步行, 對輪式或履帶式車輛也可以通過信號(hào)處理系統(tǒng)分辨出來。右圖為測量系統(tǒng)的輸出波形。10/5/2022103.交通監(jiān)測 將高分子壓電電纜埋在公路

4、上，可以獲取車型分類信息（包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場滑行道等。10/5/202211高分子壓電電纜的應(yīng)用演示 將兩根高分子壓電電纜相距若干米，平行埋設(shè)于柏油公路的路面下約5cm，可以用來測量車速及汽車的載重量，并根據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車的車型。 10/5/202212五、壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器在體育動(dòng)態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺(tái)壓電式縱跳 訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳的動(dòng)態(tài)力10/5/202213六、海嘯預(yù)警系統(tǒng) 地震是引發(fā)海嘯的主要原因之一。地震中斷層移動(dòng)導(dǎo)致斷層間產(chǎn)生空洞，當(dāng)海水填

5、充這個(gè)空洞時(shí)產(chǎn)生巨大的海水波動(dòng)。這種海水波動(dòng)從深海傳至淺海時(shí)，海浪陡然升到十幾米高，并以每秒數(shù)百米的速度傳播。海浪沖到岸上后，將造成重大破壞。 海嘯預(yù)警系統(tǒng)通過海底的振動(dòng)壓力傳感器記錄海浪變化的數(shù)據(jù)，并傳送到信息浮標(biāo)，由信息浮標(biāo)發(fā)送到氣象衛(wèi)星，再從氣象衛(wèi)星傳送到衛(wèi)星地面站。10/5/20221410/5/202215七、振動(dòng)的測量 物體圍繞平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。 頻率是分析振動(dòng)的最重要內(nèi)容之一。振動(dòng)物體偏離平衡位置的最大距離稱為振幅，用x表示，單位為mm；振動(dòng)的速度用v表示，單位為m/s；加速度用a表示，單位為m/s2或g。10/5/202216振動(dòng)的分類 從振動(dòng)對象的角度來看，可分為：

6、機(jī)械振動(dòng)（例如機(jī)床、電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)）；土木結(jié)構(gòu)振動(dòng)（房屋、橋梁等的振動(dòng)）；運(yùn)輸工具振動(dòng)（汽車、飛機(jī)等的振動(dòng)）以及武器、爆炸引起的沖擊振動(dòng)等。從振動(dòng)的頻率范圍來看，可分為：高頻振動(dòng)低頻振動(dòng)超低頻振動(dòng)等。從振動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征來看，可分為：周期振動(dòng)非周期振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)等10/5/202217地震的巨大威力10/5/202218地震波形10/5/202219測振傳感器分類 測振用的傳感器又稱拾振器，它有接觸式和非接觸式之分。接觸式中有磁電式、電感式、壓電式等；非接觸式中又有電渦流式、霍爾式、光電式等。10/5/202220壓電式振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及外形 橫向振動(dòng)測振器縱向振動(dòng)測振器10

7、/5/202221壓電振動(dòng)加速度傳感器的性能指標(biāo)（以某小型“內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器”為例） 技術(shù)指標(biāo)：靈敏度：500mV/g 量程：10g 頻率范圍：4-4000Hz安裝諧振點(diǎn):15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安裝螺紋：M5 mm 線性：1%10/5/202222如何選擇壓電傳感器靈敏度低的壓電傳感器可用于動(dòng)態(tài)范圍很寬的振動(dòng)測量，例如打樁機(jī)的沖擊振動(dòng)、汽車的撞擊試驗(yàn)、炸彈的貫穿延時(shí)引爆等。高靈敏度的壓電傳感器可用于測量微弱的振動(dòng)。例如用于尋找地下管道的泄漏點(diǎn)（水管漏水處可發(fā)出幾千赫的特殊振動(dòng)），或測量橋梁、樓房、樁基的受激振動(dòng)以及分析精密機(jī)床床身的振動(dòng)以提高加工精度等。

8、 知識(shí)沙龍10/5/202223壓電加速度傳感器的安裝及使用 a)雙頭螺絲固定 b)磁鐵吸附 c)膠水粘結(jié) d)手持探針式 1壓電式加速度傳感器 2雙頭螺栓 3磁鋼 4粘接劑 5頂針 10/5/202224便攜式測振儀外形1量程選擇開關(guān)SC 2壓電傳感器輸入信號(hào)插座 3多路選擇開關(guān) 4帶寬選擇開關(guān)SR 5帶背光點(diǎn)陣液晶顯示器 6電池盒 7可變角度支架10/5/202225手持式測振儀10/5/202226手持式測振儀10/5/202227壓電振動(dòng)加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器可以用于判斷汽車的碰撞，從而使安全氣囊迅速充氣，從而挽救生命；還可安裝在氣缸的側(cè)壁上，盡量使點(diǎn)火時(shí)刻接近爆震區(qū)

9、而不發(fā)生爆震，但又能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出盡可能大的扭矩。 10/5/202228爆震波形汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸點(diǎn)火時(shí)刻必須十分精確。如果恰當(dāng)?shù)貙Ⅻc(diǎn)火時(shí)間提前一些，即有一個(gè)提前角，就可使汽缸中汽油與空氣的混合氣體得到充分燃燒，使扭矩增大，排污減少。但提前角太大時(shí)，混合氣體產(chǎn)生自燃，就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，發(fā)出尖銳的金屬敲擊聲，稱為爆震，可能使火花塞、活塞環(huán)熔化損壞，使缸蓋、連桿、曲軸等部件過載、變形?？捎脡弘妭鞲衅鳈z測并控制。 10/5/202229爆震測量10/5/202230振動(dòng)的頻譜分析及儀器 時(shí)域圖形 測量時(shí)域圖形用的是示波器，測量頻域圖形用頻譜儀.10/5/202231頻譜儀 頻域圖形 （頻譜圖） 頻譜圖或頻域圖：它的橫坐標(biāo)為頻率f，縱坐標(biāo)可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在頻率范圍之內(nèi)，對應(yīng)于每一個(gè)頻率分量的幅值。 10/5/202232頻譜儀外形（續(xù)） 頻域圖 （頻譜圖）（參考深圳安泰信電子有限公司資料）10/5/202233頻域圖形 對應(yīng)于時(shí)域波形（失真的正弦波）的譜線圖 10/5/202234振動(dòng)時(shí)域/頻域圖形（參考東方振動(dòng)