壓電傳感器課件

本章學(xué)習(xí)壓電傳感器的工作原理、測量轉(zhuǎn)換電路、應(yīng)用及（動態(tài)測量）振動頻譜分析。第六章壓電傳感器11/22/20221本章學(xué)習(xí)壓電傳感器的工作原理、測量轉(zhuǎn)換電路、應(yīng)用及（第一節(jié)壓電傳感器的工作原理壓電式傳感器是一種自發(fā)電式、有源傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量電測的目的。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點。由于它沒有運動部件，因此結(jié)構(gòu)堅固、可靠性、穩(wěn)定性高。11/22/20222第一節(jié)壓電傳感器的工作原理壓電式傳感器是一種一、壓電效應(yīng)天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，用金剛石刀具切割出一片正方形薄片。當(dāng)晶體薄片有些向?qū)γ媸艿綁毫r，晶格產(chǎn)生變形，表面產(chǎn)生正電荷，電荷Q與所施加的力F成正比，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。還有一些人造的材料也具有壓電效應(yīng)。若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會產(chǎn)生機械變形。當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。

11/22/20223一、壓電效應(yīng)天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，用金石英晶體的壓電效應(yīng)演示當(dāng)力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。11/22/20224石英晶體的壓電效應(yīng)演示當(dāng)力的方向改壓電效應(yīng)歸納（正）壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變的現(xiàn)象。[機械能→電能]（逆）壓電效應(yīng)：當(dāng)在某些電介質(zhì)極化方向施加（交變）電場，這些電介質(zhì)也會產(chǎn)生機械變形的現(xiàn)象；當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消失的現(xiàn)象。常稱（電致伸縮效應(yīng)）。[電能→機械能]具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，壓電材料能實現(xiàn)機械能—電能的相互轉(zhuǎn)換，如圖6-1所示。11/22/20225壓電效應(yīng)歸納（正）壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方11/22/2022610/11/20226二、壓電材料的分類及特性壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類：第一類是：壓電晶體（如上述的石英晶體）；第二類是：經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷；第三類是：高分子壓電材料。11/22/20227二、壓電材料的分類及特性壓電傳感器中的壓電壓電材料的主要特性參數(shù)有：（1）壓電常數(shù)壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（2）彈性常數(shù)壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。（3）介電常數(shù)對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。11/22/20228壓電材料的主要特性參數(shù)有：10/11/202（4）機械耦合系數(shù)在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根；它是衡量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù)。（5）電阻壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6）居里點壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。11/22/20229（4）機械耦合系數(shù)在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能常用壓電材料的性能參數(shù)。11/22/202210常用壓電材料的性能參數(shù)。10/11/202210一、石英晶體石英晶體化學(xué)式為SiO2，是單晶體結(jié)構(gòu)。圖6-2（a）表示了天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形。它是一個正六面體，石英晶體各個方向的特性是不同的。其中：縱向軸z稱為光軸；經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的x軸稱為電軸；與x和z軸同時垂直，垂直的六面體棱面的軸y稱為機械軸。通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”；而把沿機械軸y方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”；而沿光軸z方向受力時不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。11/22/202211一、石英晶體10/11/20221111/22/20221210/11/202212若從晶體上沿y方向切下一塊如圖6-2（c）所示晶片。當(dāng)在電軸方向施加作用力時，在與電軸x垂直的平面上將產(chǎn)生電荷，其大小為：qx=d11Fx(6-1)式中：d11——x方向受力的壓電系數(shù)；Fx——作用力。11/22/202213若從晶體上沿y方向切下一塊如圖6-2（c）所若在同一切片上，沿機械軸y方向施加作用力fy，則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qy，其大小為：qy=(d12Fy)（6-2）式中：d12——y軸方向受力的壓電系數(shù)，d12=-d11；a、b—晶體切片長度和厚度。電荷qx和qy的符號由所受力的性質(zhì)決定。11/22/202214若在同一切片上，沿機械軸y方向施加作用力fy石英晶體的上述特性與其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，圖6-3是一個單元組體中構(gòu)成石英晶體的硅離子和氧離子，在垂直于z軸的x-y平面上的投影，等效為一個正六邊形排列。圖中“＋”代表Si4+離子，“－”代表氧離子O2-。當(dāng)石英晶體未受外力作用時，正、負離子正好分布在正六邊形的頂角上，形成三個互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。如圖6-3（a）所示。11/22/202215石英晶體的上述特性與其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，圖6因為P=qL，q為電荷量，L為正負電荷之間距離。晶體不受外力作用時，正負電荷重心重合，電偶極矩的矢量和等于零，即P1+P2+P3=0，所以晶體表面不產(chǎn)生電荷，即呈中性。

晶體受到沿x軸方向的壓力作用時，晶體沿x方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形，正負離子的相對位置也隨之變動。如圖6-3（b）所示，此時正負電荷重心不再重合，電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零，即（P1+P2+P3）>0。在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷，電偶極矩在y方向上的分量仍為零，不出現(xiàn)電荷。11/22/202216因為P=qL，q為電荷量，L為正負電荷之間距離。晶體晶體受到沿y軸方向的壓力作用時，晶體的變形如圖6-3（c）所示，與圖6-3（b）情況相似，P1增大,P2、P3減小。在x軸上出現(xiàn)電荷，它的極性為x軸正向為負電荷。在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。如果沿z軸方向施加作用力，因為晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同，所以正負電荷重心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力，晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力Fx、Fy的方向相反時，電荷的極性也隨之改變。

11/22/202217晶體受到沿y軸方向的壓力作用時，晶體的變形如（一）石英晶體天然形成的石英晶體外形11/22/202218（一）石英晶體天然形成的石英晶體外形10/11/202218天然形成的石英晶體外形11/22/202219天然形成的石英晶體外形10/11/202219石英晶體切片及封裝石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝11/22/202220石英晶體切片及封裝石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝10/11/20石英晶體振蕩器（晶振）石英晶體在振蕩電路中工作時，壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)交替作用，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩輸出頻率。晶振11/22/202221石英晶體振蕩器（晶振）石英晶體在振蕩電路中工作時，（二）壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷材料有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）及非鉛系壓電陶瓷（如BaTiO3等）。11/22/202222（二）壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多極化處理過程壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，它有一定的極化方向，從而存在電場。在無外電場作用時，疇在晶體中雜亂分布，它們的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)。如圖6-4（a）所示。11/22/202223極化處理過程10/11/20222311/22/20222410/11/202224在陶瓷上施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向于按外電場方向的排列，從而使材料得到極化。外電場愈強，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度，即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時，外電場去掉后，電疇的極化方向基本不變，即剩余極化強度很大，這時的材料才具有壓電特性。11/22/202225在陶瓷上施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動極化處理后陶瓷材料內(nèi)部仍存在有很強的剩余極化，當(dāng)陶瓷材料受到外力作用時，電疇的界限發(fā)生移動，電疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引起剩余極化強度的變化，因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。這種因受力而產(chǎn)生的由機械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。電荷量的大小與外力成正比關(guān)系：q=d33F(6-3)式中：d33——壓電陶瓷的壓電系數(shù)；F——作用力。11/22/202226極化處理后陶瓷材料內(nèi)部仍存在有很強的剩余極化，當(dāng)陶瓷壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關(guān)，它的參數(shù)也隨時間變化，從而使其壓電特性減弱。最早使用的壓電陶瓷材料是鈦酸鋇（BaTiO3）。它是由碳酸鋇和二氧化鈦按一定比例混合后燒結(jié)而成的。它的壓電系數(shù)約為石英的50倍。但使用溫度較低。最高只有70℃。溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。11/22/202227壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，所以采目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT系列），它是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（PbZrO3）組成的Pb(ZrTi)O3。它有較高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度。鈮鎂酸鉛是20世紀60年代發(fā)展起來的壓電陶瓷。它由鈮鎂酸鉛(Pb（Mg·Nb）O3)、鋯酸鉛(PbZrO3)和鈦酸鉛(PbTiO3)按不同比例配成的不同性能的壓電陶瓷，具有極高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度，而且能承受較高的壓力。11/22/202228目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT系列），壓電陶瓷外形11/22/202229壓電陶瓷外形10/11/202229無鉛壓電陶瓷及其換能器外形

（上海硅酸鹽研究所研制）11/22/202230無鉛壓電陶瓷及其換能器外形

（上海硅酸鹽研究所研制）10（三）高分子壓電材料典型的高分子壓電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。它是一種柔軟的壓電材料，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長的尺度，價格便宜，頻率響應(yīng)范圍較寬，測量動態(tài)范圍可達80dB。11/22/202231（三）高分子壓電材料典型的高分子壓高分子壓電薄膜及拉制11/22/202232高分子壓電薄膜及拉制10/11/202232高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜11/22/202233高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜10/11/202233可用于波形分析及報警的高分子壓電踏腳板11/22/202234可用于波形分析及報警的高分子壓電踏腳板10/11/20223壓電式腳踏報警器11/22/202235壓電式腳踏報警器10/11/202235高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭

（逆壓電效應(yīng)）11/22/202236高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭

（逆壓電效應(yīng)）10/11/20

電荷放大器的輸出電壓僅與輸入電荷和反饋電容有關(guān)，電纜長度等因素的影響很?。弘姾煞糯笃髂軐弘妭鞲衅鬏敵龅碾姾赊D(zhuǎn)換為電壓（Q/U轉(zhuǎn)換器），但并無放大電荷的作用，只是一種習(xí)慣叫法。11/22/202237電荷放大器的輸出電壓僅與輸入電荷和反一、壓電式傳感器的等效電路由壓電元件的工作原理可知，壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時，它也是一個電容器。晶體上聚集正負電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)，則其電容量為：

式中：A——壓電片的面積；d——壓電片的厚度；εr—壓電材料的相對介電常數(shù)。(6-4)第二節(jié)壓電傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路11/22/202238一、壓電式傳感器的等效電路(6-4)第因此，壓電傳感器可以等效為一個與電容相并聯(lián)的電壓源。如圖6-5（a）所示，電容器上的電壓Ua、電荷量q和電容量Ca三者關(guān)系為：

壓電傳感器也可以等效為一個電荷源。如圖6-5（b）所示。壓電傳感器在實際使用時總要與測量儀器或測量電路相連接，因此還須考慮連接電纜的等效電容Cc，放大器的輸入電Ri，輸入電容Ci以及壓電傳感器的泄漏電阻Ra，這樣壓電傳感器在測量系統(tǒng)中的實際等效電路，如圖6-6所示。(6-5)11/22/202239因此，壓電傳感器可以等效為一個與電容相并聯(lián)11/22/20224010/11/202240二、壓電式傳感器的測量電路壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。壓電傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。11/22/202241二、壓電式傳感器的測量電路10/11/2021.電壓放大器（阻抗變換器）圖6-7（a）、（b）是電壓放大器電路原理圖及其等效電路。11/22/2022421.電壓放大器（阻抗變換器）10/11/202242在圖6-7（b）中，電阻R=RaRi/(Ra+Ri)，電容C=Ca+Cc+Ci，而ua=q/Ca，若壓電元件受正弦力f=Fmsinωt的作用，則其電壓為：(6-6)式中：Um—壓電元件輸出電壓幅值Um=dFm/Ca；d—壓電系數(shù)。由此可得放大器輸入端電壓Ui，其復(fù)數(shù)形式為：(6-7)11/22/202243在圖6-7（b）中，電阻R=RaRi/(Ra+的幅值為(6-8)輸入電壓和作用力之間相位差為(6-9)11/22/202244的幅值為(6-8)輸入電壓和作在理想情況下，傳感器的Ra電阻值與前置放大器輸入電阻Ri都為無限大，即ω(Ca+Cc+Ci)R1，那么由式（6-8）可知，理想情況下輸入電壓幅值Uim為：式（6-10）表明前置放大器輸入電壓Uim與頻率無關(guān)。一般認為ω/ω0>3時。就可以認為Uim與ω?zé)o關(guān)。ω0表示測量電路時間常數(shù)之倒數(shù)。即ω0=1/［R（Ca+Cc+Ci）］。(6-10)11/22/202245在理想情況下，傳感器的Ra電阻值與前置放大器當(dāng)ωR（Ca+Cc+Ci）>>1時，放大器輸入電壓Uim如式（6-10）所示。式中Cc為連接電纜電容，當(dāng)電纜長度改變時，Cc也將改變，因而Uim也隨之變化。因此，壓電傳感器與前置放大器之間連接電纜不能隨意更換，否則將引入測量誤差。這表明壓電傳感器有很好的高頻響應(yīng)，但是，當(dāng)作用于壓電元件力為靜態(tài)力（ω=0）時，則前置放大器的輸入電壓等于零，因為電荷會通過放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力測量。11/22/202246當(dāng)ωR（Ca+Cc+Ci）>>1時，放大2.電荷放大器電荷放大器常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個反饋電容Cf和高增益運算放大器構(gòu)成，當(dāng)略去Ra和Ri并聯(lián)電阻后，電荷放大器可用圖6-8所示等效電路：11/22/2022472.電荷放大器10/11/202247由運算放大器基本特性，可求出電荷放大器的輸出電壓：(6-12)圖中A為運算放大器增益。由于運算放大器輸入阻抗極高,放大器輸入端幾乎沒有分流,其輸出電壓Uo為：式中：Uo——放大器輸出電壓；UCf—反饋電容兩端電壓。(6-11)11/22/202248由運算放大器基本特性，可求出電荷放大器的輸出電壓：通常A=104～106，因此若滿足（1+A）Cf<<Ca+Ｃc+Ci時，式（6-2）可表示為：由式（6-13）可見，電荷放大器的輸出電壓Uo與電纜電容Cc無關(guān)，且與q成正比，這是電荷放大器的最大特點。(6-13)11/22/202249通常A=104～106，因此若滿足（1+A）Cf四通道電荷放大器外形11/22/202250四通道電荷放大器外形10/11/202250上圖所示的四通道電荷放大器指標（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料）靈敏度：0.1～1000mV/pC

頻率范圍：0.3～100KHz

噪聲(最大增益)：折合至輸入端小于5μV

準確度：1%

最大輸出：±10V/10mA

電

源：220V/50Hz

控制方式：

計算機或手動焊接式電荷放大器11/22/202251上圖所示的四通道電荷放大器指標（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所超小型電荷放大器模塊

主要指標:

靈敏度：1、10、100mV/pC(任選一檔)

頻率范圍：0.3～100KHz(上、下限可選)

噪聲(最大靈敏度)：輸出端小于1mV

歸一化：外接電阻調(diào)整

線性誤差：1%

最大輸出：±5V或±10V

電

源：±6V～±15V

特點：可組成經(jīng)濟的多點測試系統(tǒng)11/22/202252超小型電荷放大器模塊主要指標:

其他電荷放大器外形面板式電荷放大器11/22/202253其他電荷放大器外形面板式電荷放大器10/11/202253其他電荷放大器外形11/22/202254其他電荷放大器外形10/11/202254第三節(jié)壓電傳感器的應(yīng)用一、高分子壓電材料的應(yīng)用

1.玻璃打碎報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會發(fā)出的振動，并將電壓信號傳送給集中報警系統(tǒng)。

粘貼位置11/22/202255第三節(jié)壓電傳感器的應(yīng)用一、高分子壓電材料的應(yīng)用1.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。并用保護膜覆蓋。使用時，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，表面產(chǎn)生電荷Q，在兩個輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報警信號。11/22/202256高分子壓電材料制作的玻璃打碎傳感器質(zhì)量塊將壓電傳感器只能應(yīng)用于動態(tài)測量由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生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，電荷可以不斷補充，可以供給測量回路以一定的電流，故只適用于動態(tài)測量（一般必須高于100Hz，但在50kHz以上時，靈敏度下降）。11/22/202257壓電傳感器只能應(yīng)用于動態(tài)測量由于外力作用在壓電2．壓電式周界報警系統(tǒng)

（用于重要位置出入口、周界安全防護等）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處理系統(tǒng)分辨出來。右圖為測量系統(tǒng)的輸出波形。11/22/2022582．壓電式周界報警系統(tǒng)

（用于重要位置出入口3.交通監(jiān)測將高分子壓電電纜埋在公路上，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）及機場滑行道等。11/22/2022593.交通監(jiān)測將高分子壓電電纜埋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)存儲在計算機內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車的車型。

11/22/202260高分子壓電電纜的應(yīng)用演示將兩根高分子壓電電纜相二、壓電陶瓷傳感器的應(yīng)用

壓電片的并聯(lián)接法

壓電陶瓷多制成片狀，稱為壓電片。壓電片通常是兩片（或兩片以上）粘結(jié)在一起，一般常用的是并聯(lián)接法。其總面積是單片的兩倍，極板上的總電荷Q并為單片電荷Q的兩倍。

11/22/202261二、壓電陶瓷傳感器的應(yīng)用壓電片的并聯(lián)接法壓電式動態(tài)力傳感器以及在車床中用于動態(tài)切削力的測量

11/22/202262壓電式動態(tài)力傳感器以及在車床中用于動態(tài)切削力的測量壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力11/22/202263壓電式動態(tài)力傳感器在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓第四節(jié)振動測量及頻譜分析一、振動的基本概念振動可分為機械振動、土木結(jié)構(gòu)振動、運輸工具振動、武器、爆炸引起的沖擊振動等。從振動的頻率范圍來分，有高頻振動、低頻振動和超低頻振動等。從振動信號的統(tǒng)計特征來看，可將振動分為周期振動、非周期振動以及隨機振動等。

11/22/202264第四節(jié)振動測量及頻譜分析一、振動的基本概念地震的巨大威力11/22/202265地震的巨大威力10/11/202265地震波形11/22/202266地震波形10/11/202266二、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、電容式、霍爾式、光電式等。下面介紹壓電式測振傳感器及其應(yīng)用。11/22/202267二、測振傳感器分類測振用的傳感器又三、壓電式振動加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及外形橫向振動測振器縱向振動測振器11/22/202268三、壓電式振動加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及外形橫向振動測振四、壓電振動加速度傳感器的性能指標（以某小型“內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器”為例）

技術(shù)指標：

靈敏度：500mV/g

量程：10g

頻率范圍：4-4000Hz

安裝諧振點:15kHz

分辨力：0.00004g

重量：40g

安裝螺紋：M5mm

線性：≤1%11/22/202269四、壓電振動加速度傳感器的性能指標（以某小型“內(nèi)裝IC的壓電五、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

11/22/202270五、壓電加速度傳感器的安裝及使用a)雙頭螺絲固定b)六、壓電振動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，盡量使點火時刻接近爆震區(qū)而不發(fā)生爆震，但又能使發(fā)動機輸出盡可能大的扭矩。11/22/202271六、壓電振動加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用爆震波形汽車發(fā)動機中的氣缸點火時刻必須十分精確。如果恰當(dāng)?shù)貙Ⅻc火時間提前一些，即有一個提前角，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，混合氣體產(chǎn)生自燃，就會產(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，可用壓電傳感器檢測并控制之。11/22/202272爆震波形汽車發(fā)動機中的氣缸點火時刻爆震測量11/22/202273爆震測量10/11/202273七、振動的頻譜分析及儀器