- 傳感器上的壓電效應
- 來源:賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2014/1/14
壓電效應,是指某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發(fā)生形變,電場去掉后,電介質的形變隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應,或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。
壓電式壓力傳感器
壓電式壓力傳感器是利用壓電材料所具有的壓電效應所制成的。由于壓電材料的電荷量是一定的,所以在連接時要特別注意,避免漏電。
壓電式壓力傳感器的優(yōu)點是具有自生信號,輸出信號大,較高的頻率響應,體積小,結構堅固。其缺點是只能用于動能測量。需要特殊電纜,在受到突然振動或過大壓力時,自我恢復較慢。
壓電式加速度傳感器
壓電元件一般由兩塊壓電晶片組成。在壓電晶片的兩個表面上鍍有電極,并引出引線。在壓電晶片上放置一個質量塊,質量塊一般采用比較大的金屬鎢或高比重的合金制成。然后用一硬彈簧或螺栓,螺帽對質量塊預加載荷,整個組件裝在一個原基座的金屬殼體中。為了隔離試件的任何應變傳送到壓電元件上去,避免產生假信號輸出,所以一般要加厚基座或選用由剛度較大的材料來制造,殼體和基座的重量差不多占傳感器重量的一半。
測量時,將傳感器基座與試件剛性地固定在一起。當傳感器受振動力作用時,由于基座和質量塊的剛度相當大,而質量塊的質量相對較小,可以認為質量塊的慣性很小。因此質量塊經受到與基座相同的運動,并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣,質量塊就有一正比于加速度的應變力作用在壓電晶片上。由于壓電晶片具有壓電效應,因此在它的兩個表面上就產生交變電荷(電壓),當加速度頻率遠低于傳感器的固有頻率時,傳感器給輸出電壓與作用力成正比,亦即與試件的加速度成正比,輸出電量由傳感器輸出端引出,輸入到前置放大器后就可以用普通的測量儀器測試出試件的加速度;如果在放大器中加進適當?shù)姆e分電路,就可以測試試件的振動速度或位移!
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