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1、4.5.1 变换原理变换原理 某些电介质物质，在沿一定方向某些电介质物质，在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，带电的状态，这种将这种将机械能转变为电机械能转变为电机械能转变为电机械能转变为电能能能能的现象，称为的现象，称为“顺压电效应顺压电效应”。 相反，在电介质的极化方向上施相反，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。外加电场时，电介
2、质的变形随之消失。这种将这种将电能转换为机械能电能转换为机械能电能转换为机械能电能转换为机械能的现象，称的现象，称为为“逆压电效应逆压电效应”。9/17/20241 当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。石英晶体的压电效应演示石英晶体的压电效应演示石英晶体的压电效应演示石英晶体的压电效应演示9/17/20242注意：压电式传感器只适用于动态测量而不能用注意：压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量。于静态测量。由于外力作用而在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限
3、大的输入阻抗，这实际上是不可能的， 因此压电式传感器不能用于静态测量。压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。 9/17/20243 在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。随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、锆（gao）钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 压电材料可以分为三大类：压压电电晶晶体体(石石英英晶晶体体)、压压电电陶瓷陶瓷和和高分子压电材料高分子压电材料。 9/17/20244天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形石英晶体石英晶体9/17/20245天然形成的石英晶体外形（续）天然形成的石英晶体外形（续）
4、 9/17/20246石英晶体切片及封装石英晶体切片及封装石英晶体薄片石英晶体薄片双面镀银并封装双面镀银并封装9/17/20247石英晶体振荡器（晶振）石英晶体振荡器（晶振） 石石英英晶晶体体在在振振荡荡电电路路中中工工作作时时，压压电电效效应应与与逆逆压压电电效效应应交交替替作作用用，从从而而产产生生稳稳定定的的振振荡荡输输出出频率。频率。晶振晶振9/17/202481.石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应石英的化学式为石英的化学式为SiO2，在一个晶体单元中，有三个硅离子和六个氧，在一个晶体单元中，有三个硅离子和六个氧离子，后者是成对的，所以一个硅离子和两个氧离子交替排列。当离子，后者是成
5、对的，所以一个硅离子和两个氧离子交替排列。当没有力作用时，硅离子和氧离子在垂直于晶体没有力作用时，硅离子和氧离子在垂直于晶体Z轴的轴的XY平面上的投平面上的投影恰好等效为正六边形排列，如图影恰好等效为正六边形排列，如图a示。这时正负离子正好分布在示。这时正负离子正好分布在正六边形的顶角上，呈现电中性。正六边形的顶角上，呈现电中性。9/17/20249如果沿如果沿X方向压缩，如图方向压缩，如图b所示，则硅离子所示，则硅离子1被挤入氧离子被挤入氧离子2和和6之间，之间，而氧离子而氧离子4被挤入硅离子被挤入硅离子3和和5之间，结果表面之间，结果表面A上呈现负电荷，而在表上呈现负电荷，而在表面面B上呈
6、现正电荷。这一现象称为上呈现正电荷。这一现象称为纵向压电效应纵向压电效应。若沿若沿Y方向压缩，如图方向压缩，如图c所示，硅离子所示，硅离子3和氧离子和氧离子2，以及硅离子，以及硅离子5和氧和氧离子离子6都向内移动同样的数值，故在电极都向内移动同样的数值，故在电极C和和D上不呈现电荷，而在表上不呈现电荷，而在表面面A和和B上，即在上，即在X轴的端面上又呈现电荷，但与图轴的端面上又呈现电荷，但与图b的极性正好相反，的极性正好相反，这时称为这时称为横向压电效应横向压电效应。从研究的模型同样可以看出：从研究的模型同样可以看出：如果是使其伸长而不是压缩时，如果是使其伸长而不是压缩时，则电荷的极性正好相反
7、。总之，则电荷的极性正好相反。总之，石英等单晶体材料是各向异性石英等单晶体材料是各向异性的物体，在的物体，在X或或Y轴向施力时，轴向施力时，在与在与X轴垂直的面上产生电荷，轴垂直的面上产生电荷，电场方向与电场方向与X轴平行，在轴平行，在Z轴轴方向施力时，不能产生压电效方向施力时，不能产生压电效应。应。9/17/202410压电效应压电效应式中，式中，q为电荷为电荷量量；D为为压电常数，与材质及切片压电常数，与材质及切片方向有关；方向有关；F为作用力。为作用力。 q=DF9/17/2024119/17/2024122.压电陶瓷的压电效应压电陶瓷的压电效应 压压电电陶陶瓷瓷是是一一种种多多晶晶铁铁
8、电电体体，它它是是具具有有电电畴畴结结构构的的压压电电材材料料。电电畴畴是是分分子子自自发发形形成成的的区区域域，它它有有一一定定的的极极化化方方向向。在在无无外外电电场场作作用用时时，各各个个电电畴畴在在晶晶体体中中无无规规则则排排列列，它它们们的的极极化化效效应应互互相相抵抵消消。因因此此，在在原原始始状状态态压电陶瓷呈现中性，不具有压电效应。压电陶瓷呈现中性，不具有压电效应。 当在一定的温度条件下，对压电陶瓷进行极化处理，即以强电场使当在一定的温度条件下，对压电陶瓷进行极化处理，即以强电场使电畴规则排列，这时压电陶瓷就具有了压电性，在极化电场去除后，电电畴规则排列，这时压电陶瓷就具有了压
9、电性，在极化电场去除后，电畴基本上保持不变，留下了很强的剩余极化，见图所示。畴基本上保持不变，留下了很强的剩余极化，见图所示。 a)a)极化前极化前 b)b)极化极化 c)c)极化后极化后压电陶瓷的极化过程压电陶瓷的极化过程 9/17/202413压电陶瓷外形压电陶瓷外形 经经过过极极化化处处理理的的压压电电陶陶瓷瓷，在在外外电电场场去去掉掉后后，其其内内部部仍仍存存在在着着很很强强的的剩剩余余极极化化强强度度，当当压压电电陶陶瓷瓷受受外外力力作作用用时时，电电畴畴的的界界限限发发生生移移动动，因因此剩余极化强度将发生变化，压电陶瓷就呈现出压电效应。此剩余极化强度将发生变化，压电陶瓷就呈现出压
10、电效应。9/17/202414超声波美容仪器用压电陶瓷晶片医用B超换能器用晶片9/17/202415无铅压电陶瓷及其换能器外形无铅压电陶瓷及其换能器外形（上海硅酸盐研究所研制）上海硅酸盐研究所研制） 9/17/202416、压电晶体、压电晶体石英晶体、水溶性压电晶体、铌酸锂晶体石英晶体、水溶性压电晶体、铌酸锂晶体、压电陶瓷、压电陶瓷钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷酸铅压电陶瓷、压电半导体、压电半导体有些晶体既具有半导体特性又同时具有压电性能，如有些晶体既具有半导体特性又同时具有压电性能，如ZnSZn
11、S、CaSCaS、GaAsGaAs等。因此既可利用它的压电特性研制传感器，又可利用半导体特性以等。因此既可利用它的压电特性研制传感器，又可利用半导体特性以制成电子器件。两者结合起来，就出现了集转换元件和电子线路为一体的制成电子器件。两者结合起来，就出现了集转换元件和电子线路为一体的新型传感器，它的前途是非常远大的。新型传感器，它的前途是非常远大的。4.5.2压电材料压电材料9/17/2024174. 4. 高分子压电材料高分子压电材料 某些合成高分子聚合物薄膜经延展拉伸和电场极化后，具有一定某些合成高分子聚合物薄膜经延展拉伸和电场极化后，具有一定的压电性能，这类薄膜称为高分子压电薄膜。目前出现
12、的压电薄膜有的压电性能，这类薄膜称为高分子压电薄膜。目前出现的压电薄膜有聚二氟乙烯聚二氟乙烯PVF2PVF2、聚氟乙烯、聚氟乙烯PVFPVF、聚氯乙烯、聚氯乙烯PVCPVC、聚、聚甲基甲基-L-L谷氨酸脂谷氨酸脂PMGPMG等。这是一种柔软的压电材料，不易破碎，可以大量生产和制成等。这是一种柔软的压电材料，不易破碎，可以大量生产和制成较大的面积。较大的面积。 如果将压电陶瓷粉末加入高分子化合物中，可以制成高分子如果将压电陶瓷粉末加入高分子化合物中，可以制成高分子压压电陶瓷薄膜，它既保持了高分子压电薄膜的柔软性，又具有较高的压电陶瓷薄膜，它既保持了高分子压电薄膜的柔软性，又具有较高的压电系数，是
13、一种很有希望的压电材料。电系数，是一种很有希望的压电材料。9/17/202418高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 9/17/202419可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 9/17/202420压电式脚踏报警器压电式脚踏报警器 9/17/202421高分子压电薄膜制作的压电喇叭高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应）（逆压电效应）9/17/2024224.5.3 等效电路和测量电路等效电路和测量电路 1.等效电路等效电路压电元件受力作用时产生电荷，因此它可以等效为一个电容器，有压电元件受力作用时产生电荷，因此它可以
14、等效为一个电容器，有 ，所以压电元件受外力作用时，两表面产生等量，所以压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正负电荷，压电元件的开路电压为的正负电荷，压电元件的开路电压为 等效电路为等效电路为图4-95压电元件的等效电路a）结构图b）等效电荷源c）等效电压源 9/17/2024232.测量电路测量电路前置放大器的作用：前置放大器的作用：一是放大压电元件的微弱信号；一是放大压电元件的微弱信号；二是高阻抗输入变为低阻抗输出。二是高阻抗输入变为低阻抗输出。压电传感器的测量系统压电传感器的测量系统 压电传感器产生的电荷很少，信号微弱，而自身又要有极高的绝缘电压电传感器产生的电荷很少，信号微弱，而自身又
15、要有极高的绝缘电阻，因此需经测量电路进行阻抗变换和信号放大，且要求测量电路输入端阻，因此需经测量电路进行阻抗变换和信号放大，且要求测量电路输入端必须有足够高的阻抗和较小的分布电容，以防止电荷迅速泄漏，电荷泄漏必须有足够高的阻抗和较小的分布电容，以防止电荷迅速泄漏，电荷泄漏将引起测量误差。将引起测量误差。 9/17/202424电压放大器电压放大器 传感器灵敏度：传感器灵敏度：此式表明由于电缆电容和放大器输入此式表明由于电缆电容和放大器输入电容的存在，使灵敏度减小。如果更电容的存在，使灵敏度减小。如果更换电缆，则必须重新校正灵敏度，以换电缆，则必须重新校正灵敏度，以保证测量精度。保证测量精度。9
16、/17/202425电荷放大器电荷放大器 压电传感器配用电压放大器时，其电压灵敏度随电缆的分布电容变压电传感器配用电压放大器时，其电压灵敏度随电缆的分布电容变化而变化，因而更换不同长度的电缆时要对灵敏度重新进行校正。化而变化，因而更换不同长度的电缆时要对灵敏度重新进行校正。而采用电荷放大器可以免此麻烦。电荷放大器实际上是一种具有深而采用电荷放大器可以免此麻烦。电荷放大器实际上是一种具有深度负反馈的高增益运算放大器。度负反馈的高增益运算放大器。当当A1A1，而，而(1+A)(1+A)C Cf f 时，时，放大器输出电压可以表示为放大器输出电压可以表示为由于引入了电容负反馈，电荷放大器的输出由于引
17、入了电容负反馈，电荷放大器的输出电压仅与传感器产生的电荷量及放大器的反电压仅与传感器产生的电荷量及放大器的反馈电容有关，电缆电容等其他因素对灵敏度馈电容有关，电缆电容等其他因素对灵敏度的影响可以忽略不计。的影响可以忽略不计。9/17/202426 电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为电压（电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为电压（Q/U转换转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。四通道电荷放大器外形四通道电荷放大器外形焊接式电荷放大器焊接式电荷放大器9/17/202427其他电荷放大器外形其他电荷放大器外形面板式电荷放大器面板式电
18、荷放大器9/17/2024284.5.4 压电传感器的常用结构形式压电传感器的常用结构形式在实际使用中，如仅用单片压电元件工作的话，要产生足够的表在实际使用中，如仅用单片压电元件工作的话，要产生足够的表面电荷就要很大的作用力，因此一般采用两片或两片以上压电元件面电荷就要很大的作用力，因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。由于压电元件是有极性的，因此连接方法有两种：组合在一起使用。由于压电元件是有极性的，因此连接方法有两种：并联连接和串联连接。并联连接和串联连接。 并联连接：两压电并联连接：两压电元件的负极集中在元件的负极集中在中间极板上，正极中间极板上，正极在上下两边并连接在上下两
19、边并连接在一起，此时电容在一起，此时电容量大，输出电荷量量大，输出电荷量大，适用于测量缓大，适用于测量缓变信号和以电荷为变信号和以电荷为输出的场合。输出的场合。 串联连接：上极板为串联连接：上极板为正极，下极板为负极，正极，下极板为负极，在中间是一元件的负在中间是一元件的负极与另一元件的正极极与另一元件的正极相连接，此时传感器相连接，此时传感器本身电容小，输出电本身电容小，输出电压大，适用于要求以压大，适用于要求以电压为输出的场合，电压为输出的场合，并要求测量电路有高并要求测量电路有高的输入阻抗。的输入阻抗。 9/17/2024294.5.5 压电传感器的应用压电传感器的应用压力变送器压力变送
20、器力传感器力传感器 产产品品9/17/202430加速度计加速度计产产品品测试时，壳体和被测物体联接（用胶接或机械方测试时，壳体和被测物体联接（用胶接或机械方法），使壳体与被测物体之间无相对的振动，则法），使壳体与被测物体之间无相对的振动，则被测物体的振被测物体的振 动也即拾振器的输入。拾振器内质动也即拾振器的输入。拾振器内质块对壳体的相对位移量是右图力学模型的输出，块对壳体的相对位移量是右图力学模型的输出，经变换元件转换为电信号，即拾振器的输出，用经变换元件转换为电信号，即拾振器的输出，用以描述被测物体的绝对振动量。例如以被测物体以描述被测物体的绝对振动量。例如以被测物体的加速度的加速度za
21、(t)作为输入，则质块和壳体的相对位作为输入，则质块和壳体的相对位移移z01(t)为该惯性系统的输出。为该惯性系统的输出。 9/17/202431压电式压力传感器压电式压力传感器 压电式压力传感器特性压电式压力传感器特性 案例案例1 1压电式力传感器压电式力传感器传感器上盖为传力元件传感器上盖为传力元件, , 当外力当外力作用时作用时, , 它将产生弹性变形它将产生弹性变形, , 将将力传递到石英晶片上。力传递到石英晶片上。9/17/2024322 2）压电式周界报警系统）压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防（用于重要位置出入口、周界安全防护等）护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅
22、表层，将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行用，可在几十米范围内探测人的步行, , 对轮式或履带式车辆也可以通过信号对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。的输出波形。1 1）行驶中称重）行驶中称重 ：在美国、巴西、德国、日本和韩国有大量应用，在美国、巴西、德国、日本和韩国有大量应用，我国也逐渐开始应用，其主要用途是我国也逐渐开始应用，其主要用途是高速公路高速公路车辆超重超载监测的车辆超重超载监测的预选和桥梁超载警告系统，既判断正在高速行
23、驶中的车辆，尤其是预选和桥梁超载警告系统，既判断正在高速行驶中的车辆，尤其是驶过桥梁的车辆是否超载，由视频系统拍下车牌号记录在案，并根驶过桥梁的车辆是否超载，由视频系统拍下车牌号记录在案，并根据超载量罚款。据超载量罚款。 9/17/2024333 3）交通监测）交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。停车区域监控、交通数据信息采集（道
24、路监控）及机场滑行道等。9/17/202434高分子压电电缆的应用演示高分子压电电缆的应用演示将两根高分子压电电将两根高分子压电电缆相距若干米，平行缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路埋设于柏油公路的路面下约面下约5cm5cm，可以用，可以用来测量车速及汽车的来测量车速及汽车的载重量，并根据存储载重量，并根据存储在计算机内部的档案在计算机内部的档案数据，判定汽车的车数据，判定汽车的车型。型。当轮胎经过传感器当轮胎经过传感器A A时，启动电子时钟，当轮胎经过传感器时，启动电子时钟，当轮胎经过传感器B B时，时钟时，时钟停止。两个传感器之间的距离一般是停止。两个传感器之间的距离一般是3 3米，或比
25、米，或比3 3米短一些米短一些( (可根据需要可根据需要确定确定) )。传感器之间的距离已知，将两个传感器之间的距离除以两个传。传感器之间的距离已知，将两个传感器之间的距离除以两个传感器信号的时间周期，就可得出车速。感器信号的时间周期，就可得出车速。 9/17/2024354 4）压电式动态力传感器以及在车床）压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量中用于动态切削力的测量 9/17/2024365 5）压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用）压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用压电式步态分析跑台压电式步态分析跑台压电式纵跳训练分析装置压电式纵跳训练分析装置压电传感器测量双腿跳的
26、压电传感器测量双腿跳的动态力动态力9/17/202437案例案例2 2压电式加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器具有良好的频率特性，量程大，结构简单，压电式加速度传感器具有良好的频率特性，量程大，结构简单，使用方便。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建使用方便。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。航领域中更有它的特殊地位。 当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时, , 压电元件受质量压
27、电元件受质量块惯性力的作用块惯性力的作用, , 根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律, , 此惯性力是加速度的函数此惯性力是加速度的函数, , 即即动画动画9/17/202438压电式振动加速度传感器的结构及外形压电式振动加速度传感器的结构及外形 横向振动测振器横向振动测振器纵向振动测振器纵向振动测振器9/17/202439爆爆震震波波形形汽车发动机中的气缸点火时刻必汽车发动机中的气缸点火时刻必须十分精确。如果恰当地将点火须十分精确。如果恰当地将点火时间提前一些，即有一个提前角，时间提前一些，即有一个提前角，就可使汽缸中汽油与空气的混合就可使汽缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，使扭矩增大，气体
28、得到充分燃烧，使扭矩增大，排污减少。但提前角太大时，混排污减少。但提前角太大时，混合气体产生自燃，就会产生冲击合气体产生自燃，就会产生冲击波，发出尖锐的金属敲击声，称波，发出尖锐的金属敲击声，称为爆震，可能使火花塞、活塞环为爆震，可能使火花塞、活塞环熔化损坏，使缸盖、连杆、曲轴熔化损坏，使缸盖、连杆、曲轴等部件过载、变形，可用压电传等部件过载、变形，可用压电传感器检测并控制之。感器检测并控制之。 加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从而使安全气囊迅速充气，从加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从而使安全气囊迅速充气，从而挽救生命；还可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震区而而挽救生命；还
29、可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震区而不发生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的扭矩。不发生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的扭矩。 压电式加速度传感器在压电式加速度传感器在汽车中的应用汽车中的应用9/17/202440爆震测量爆震测量9/17/202441汽车安全气囊用压电式汽车安全气囊用压电式磁撞传感器磁撞传感器 一种汽车安全气囊用压电式碰撞传感器，它是在普通的压电式传感器一种汽车安全气囊用压电式碰撞传感器，它是在普通的压电式传感器的电荷输出端接上内装电路，并且传感器的压电元件作为内装电路中的电荷输出端接上内装电路，并且传感器的压电元件作为内装电路中运算放大器的反馈元件，本实用新型
30、除了起到阻抗变换的作用，还起运算放大器的反馈元件，本实用新型除了起到阻抗变换的作用，还起到了将变换后的电压信号进行放大和保证输出电压稳定不变的作用，到了将变换后的电压信号进行放大和保证输出电压稳定不变的作用，同时减小了传感器的体积，因此适合在汽车上使用。同时减小了传感器的体积，因此适合在汽车上使用。 9/17/202442将高分子压电测振薄膜粘将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中并将电压信号传送给集中报警系统。报警系统。 粘贴粘贴位置位置案例案例3 3压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器9/
31、17/202443高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器质量块质量块将厚约将厚约0.2mm0.2mm左右的左右的PVDFPVDF薄膜裁制成薄膜裁制成1010 20mm20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的电极引线。并用保护膜覆盖。电极引线。并用保护膜覆盖。使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷振动，表面产生电荷Q
32、Q ，在两个输出引脚之，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。间产生窄脉冲报警信号。9/17/202444海啸预警系统海啸预警系统案例案例4 4海啸预警系统海啸预警系统9/17/202445案例案例5 5：飞机模态分析：飞机模态分析9/17/202446思考题思考题 1 1为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量? ? 2 2压电式传感器测量电路的作用是什么压电式传感器测量电路的作用是什么? ?其核心是解决什么问题其核心是解决什么问题? ? 3 3一一压压电电式式传传感感器器的的灵灵敏敏度度K K1 110pC10pCMPaM
33、Pa，连连接接灵灵敏敏度度K K2 2=0.008V=0.008VpCpC的的电电放放大大器器，所所用用的的笔笔式式记记录录仪仪的的灵灵敏敏度度K K3 3=25mm=25mmV V，当当压压力力变变化化p p=8MPa=8MPa时时，记记录笔在记录纸上的偏移为多少录笔在记录纸上的偏移为多少? ? 4 4某加速度计的校准振动台，它能作某加速度计的校准振动台，它能作50Hz50Hz和和1g1g的振动，今有压电式加速度的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度计出厂时标出灵敏度K K100mV100mVg g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1 1，电压放大器放大倍，电压放大器放大倍数为数为100100，标定时晶体管毫伏表上指示为，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V9.13V，试画出标定系统的框图，并，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。计算加速度计的电压灵敏度。 9/17/202447Do you have made a progress today ?9/17/202448
