4.壓電式傳感器實驗

1、實驗四實驗四壓電式傳感器實驗壓電式傳感器實驗一、實驗目的：一、實驗目的：了解壓電傳感器的原理和測量振動的方法。二、基本原理：二、基本原理：1、壓電效應：具有壓電效應的材料稱為壓電材料，常見的壓電材料有兩類壓電單晶體，如石英、酒石酸鉀鈉等；人工多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。壓電材料受到外力作用時，在發(fā)生變形的同時內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，它表面會產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力去掉時，又重新回復到原不帶電狀態(tài)，當作用力的方向改變后電荷的極性也隨

2、之改變，如圖4—1(a)、(b)、(c)所示。這種現(xiàn)象稱為壓電效應。(a)(b)(c)圖4—1壓電效應2、壓電晶片及其等效電路通常將壓電元件等效為一個電荷源與電容相并聯(lián)的電路如4—2(b)所示。其中ea=QCa。式中，ea為壓電晶片受力后所呈現(xiàn)的電壓，也稱為極板上的開路電壓；Q為壓電晶片表面上的電荷；Ca為壓電晶片的電容。實際的壓電傳感器中，往往用兩片或兩片以上的壓電晶片進行并聯(lián)或串聯(lián)。壓電晶片并聯(lián)時如圖4—2(c)所示，兩晶片正極集中

3、在中間極板上，負電極在兩側的電極上，因而電容量大，輸出電荷量大，時間常數(shù)大，宜于測量緩變信號并以電荷量作為輸出。(a)壓電晶片(b)等效電荷源大倍數(shù)；Cf為電荷放大器反饋電容。將ey=Kei代入式(20—1)，可得到放大器輸出端電壓ey與傳感器電荷Q的關系式：設C=CaCcCiey=KQ[(CCf)KCf]……（20—2）當放大器的開環(huán)增益足夠大時，則有KCfCCf（20—2）簡化為ey=QCf……（20—3）式（21—3）表明，在一定

4、條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，而與電纜的分布電容無關，輸出靈敏度取決于反饋電容。所以，電荷放大器的靈敏度調(diào)節(jié)，都是采用切換運算放大器反饋電容的辦法。采用電荷放大器時，即使連接電纜長度達百米以上，其靈敏度也無明顯變化，這是電荷放大器的主要優(yōu)點。5、壓電加速度傳感器實驗原理圖壓電加速度傳感器實驗原理、電荷放大器與實驗面板圖由圖20—4(a)、(b)所示。圖4—4(a)壓電加速度傳感器實驗原理框圖圖4—4(b)電荷放大器