壓電式加速度傳感器及其應(yīng)用

1、.壓電式加速度傳感器及其應(yīng)用一、 壓電式加速度傳感器原理壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計受振時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。由于壓電式傳感器的輸出電信號是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來一定困難。 為此，通常把傳感器信號先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃?。?jīng)過阻抗變換以后，方可用于一般的放大、檢測電路將信號輸給指示 儀表或記錄器。 二、壓電式加速度傳感器構(gòu)成元件常用的壓電式加速度計的結(jié)構(gòu)形式如圖所示，是由預(yù)壓彈

2、簧，質(zhì)量塊，基座，壓電元件和外殼組成。圖中為環(huán)形剪切型，結(jié)構(gòu)簡單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。三、壓電式加速度傳感器幅頻特性精品.圖1 壓電式加速度計的幅頻特性曲線 加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率圖（圖1）。一般小阻尼(z=0.1)的加速度計，上限頻率若取為共振頻率的 1/3，便可保證幅值誤差低于1db（即12%）；若取為共振頻率的1/5，則可保證幅值誤差小于0.5db（即6%），相移小于30。但共振頻率與加速度計的固定狀況有關(guān)，加速度計出廠時給出的幅頻曲線是在剛性連

3、接的固定情況下得到的。實際使用的固定方法往往難于達(dá)到剛性連接，因而共振頻率和使用上限頻率都會有所下降。四、壓電式加速度傳感器的靈敏度壓電式加速度計的靈敏度壓電加速度計屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計輸出電壓（mv）與所承受加速度之比；后者是加速度計輸出電荷與所承受加速度之比。 加速度單位為m/s2，但在振動測量中往往用標(biāo)準(zhǔn)重力加速度g作單位，1g= 9.80665m/s2。對給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來說，加速度計尺寸越大 ，其固有頻率越低。因此選用加速度計時應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸

4、、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。壓電晶體加速度計的橫向靈敏度表示它對橫向振動的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3。因此，壓電式加速度計在測試時具有明顯的方向性。精品.五、壓電式加速度傳感器誤差形成因素分析壓電加速度計的前置放大器壓電元件受力后產(chǎn)生的電荷量極其微弱，這電荷使壓電元件邊界和接在邊界上的導(dǎo)體充電到電壓u=q/ca（這里ca是加速度計的內(nèi)電容）。要測定這樣微弱的電荷（或電壓）的關(guān)鍵是防止導(dǎo)線、測量電路和加速度計本身的電荷泄漏。換句話講，

5、壓電加速度計所用的前置放大器應(yīng)具有極高的輸入阻抗，把泄漏減少到測量準(zhǔn)確度所要求的限度以內(nèi)，壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大器就是高輸入阻抗的比例放大 器。其電路比較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影響，適用于一般振動測量。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，使用中基本不受 電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、器件，輸入阻抗高，但價格也比較貴。從壓電式傳感器的力學(xué)模型看，它具有“低通”特性，原可測量極低頻的振動。但實際上由于低頻尤其小振幅振動時，加速度值小，傳感器的靈敏度有限，因此輸出的信號將很微弱，信噪比很低；另外電荷的泄漏，積分電路的漂移（用于測振動速度和

6、位移）、器件的噪聲都是不可避免的，所以實際低頻端也出現(xiàn)“截止頻率”，約為0.11hz左右。六、壓電式加速度傳感器的實際應(yīng)用目前最新ibm thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動，并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的保護(hù)由于振動，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害，最大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據(jù)這些振動，自動調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在控制，手柄振動和搖晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢