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1、压电式传感器的性能测试压电式传感器的性能测试18.2 18.2 实训的基本原理实训的基本原理 18.2.1压电式传感器的工作原理压电式传感器的工作原理压电式传感器的工作原理是建立在某些材料的压电效应的基础上的，它利用具有压电效应的材料作为传感器的敏感元件，将被测量转换为电信号，实现对非电量的检测。所谓压电效应7是指某些电介质材料，当沿着某些特定方向对其施加作用力使其发生变形时，这种材料的内部就会产生极化现象，在其相对的两个表面会形成正负电荷。一旦外力消失后又会重新恢复到不带电状态，这种应变致电现象叫压电效应。当改变作用力的方向时，电荷的极性也随之改变。我们把由机械能转换成电能的现象叫“正压电效
2、应”；反之，若在电介质的极化方向上施加一定的电场，它们就会产生变形，我们称之为“逆压电效应”或叫“电致伸缩效应”。自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压电效应十分微弱，不具备实用价值。压电材料可能分成两大类：压电晶体和压电陶瓷。衡量压电材料的性能参数主要有： 1.压电常数：它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到输出灵敏度； 2.弹性常数：它与压电器件的固有频率和动态特性有关； 3.介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限； 2从图中可知：此运算放大器工作于同相放大状态。其基本电路如图18.5所示：其闭环电压增益：Avf=1+R
3、f/R1；输入电阻RiRic；输出电阻：Ro0；平衡电阻：RpR1/Rf；其中：Ric为运算放大器本身同相端对地的共模输入电阻一般为1000M左右；同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 若Rf0，R1（开路），则为电压跟随器。与晶体管电压跟随器（射极输出器）相比，集成运算放大器及电压跟随器的输入阻抗更高，几乎不从信号源吸取电流；输出阻抗更小，可视作电压源，是较理想的阻抗变换器。18.5 18.5 操作步骤操作步骤 1.仔细观察压电式传感器的结构，它主要是由压电陶瓷片（敏感元件）及惯性质量块组成； 2.将压电式传感器的输出屏蔽线接到电压放大器的输入端，然后将电压
4、放大器的输出接到低通滤波器的输入端，再将滤波器的输出接到双线示波器的一个输入端，示波器的另一个输入端接低通滤波器的输入端； 3.接通低频振荡器电源，频率调节在520HZ范围内； 4.适当调整低频振荡器的振荡幅度，在2V左右，不宜过大； 5.用示波器同时观察电压放大器与低通滤波器的输出波形； 6.改变振荡频率，观察输出波形的变化，并记录输出电压的峰峰值于表18.2中，每改变一次频率，记录一个电压值，反复测量多次，取平均值作为测量结果； 7.根据测量结果计算传感器的电压灵敏度KV=V/ f，并画出V-F曲线后估算出传感器的线性范围；表表18.2 输出电压与激励频率输出电压与激励频率F（HZ）V（P-P）1018.6 18.6 注意事项注意事项 1.由于压电式传感器产生的电荷是很容易泄漏的，因此这个实训所得误差较大，尤其是当天气较潮湿时更难做，所以最好选择天气较好时进行本实训； 2.周围的振动源（尤其是高频振动或高频信号）较易对压电式传感器产生干扰，因此实训时要注意对整个测量系统的屏蔽，减少外界的干扰信号； 3.要注意调节电压放大器的工作状态，使其工作在最佳状态；18.7 思考题 1.为什么压电式传感器不能用于静态测量？只能用于动态测量中？而且是频率越高越好？ 2.试分析实训中所用的传感器的工作原理； 3.说明在测试过程中若用手轻击实训台时所观察到的波形；11
