发布时间 : 星期一 文章传感器原理及工程应用总复习 - 图文更新完毕开始阅读
有关，电缆长度等因素的影响很小。电荷放大器的输出电压可由下式得到
图6．5便携式测振仪外形
1-量程选择开关2—压电传感器输入信号插座3-多路选择开关4-带宽选择开关卜带背光点阵液晶显示器6-电池盒7-可变角度支架
式中 Q——压电传感器产生的电荷；
Cf-并联在放大器输入端和输出端之间的反馈电容。
便携式测振仪(内部包括电荷放大器)的外形如图6-5所示。 第三节压电式传感器的应用
压电传感器主要用于脉动力、冲击力、振动等动态参数的测量。由于压电材料可以是石英晶体，压电陶瓷和高分子压电材料等，它们的特性不尽相同，所以用途也不一样。
石英晶体主要用于精密测量，多作为实验室基准传感器；压电陶瓷灵敏度较高，机械强度稍低，多用作测力和振动传感器；而高分子压电材料多用作定性测量。下面分别介绍几种典型的应用，并对振动测量给予简介。 一、高分子压电材料的应用 1．玻璃打碎报警装置
玻璃破碎时会发出几千赫兹甚至超声波(高于20kHz)的振动。将高分子压电薄膜粘贴
在玻璃上，可以感受到这一振动，并将电压信号传送给集中报警系统。图6-6示出了高分子压电薄膜振动感应片示意图。
图6-6高分子压电薄膜振动感应片
l一正面透明电极2一PVDF薄膜 3一反面透明电极4—保护膜 5一引脚6一质量块
高分子薄膜厚约0．2mm，用聚偏二氟乙烯(PVDF)一薄膜裁制成10ram×20ram大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，也可以用热印制工艺制作铝薄膜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。
使用时，用瞬干胶(502等)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振动，表面产生电荷Q。在两个输出引脚之间产生窄脉冲电压．
是两电极之间的电容量。脉冲信号经放大后，用电缆输送到集中报警装置，产生报警信号。
由于感应片很小且透明，不易察觉，所以可安装于贵重物品柜台、展览橱窗、博物馆及家庭等玻璃窗角落处。 2．压电式周界报警系统
周界报警系统又称线控报警系统。它警戒的是一条边界包围的重要区域。当入侵者进入防范区之内时，系统就会发出报警信号。 周界报警器最常见的是安装有报警器的铁丝网，但在民用部门常使用隐蔽的传感器。常用的有以下几种形式：地音式、高频辐射漏泄电缆、红外激光遮断式、微波多普勒式、高分子压电电缆等。下面简单介绍压电式周界报警系统，如图6-7所示。 在警戒区域的四周埋设多根以高分子压电材料为绝缘物的单芯屏蔽电缆。屏蔽层接大地，它与电缆芯线之间以PVDF为介质而构成分布电容。当入侵者踩到电缆上面的柔性地面时，该压电电缆受到挤压，产生压电脉冲，引起报警。通过编码电路，还可以判断入侵者
图6-7高分子压电电缆周界报警系统 a)原理框图b)高分子压电电缆
1—铜芯线(分布电容内电极)2一管状高分子压电塑料绝缘层3—铜网屏蔽层(分布电容外电极) 4一橡胶保护层(承压弹性元件) 的大致方位。压电电缆可长达数百米，可警戒较大的区域，不易受电、光、雾、雨水等干扰，费用也比微波等方法便宜。 3．交通监测 。
将高分子压电电缆埋在公路上，可以判定车速、载荷分布、车型等。图6-8是三轴重载卡车载荷分布图。从图中可以判断出三个车轴的距离、每个车轴的动态载荷量等。 二、压电陶瓷传感器的应用 ’
压电陶瓷多制成片状，称为压电片。压电片通常是两片(或两片
以上)粘结在一起，由于压电片上的电荷是有极性的，因此有串联和并联两种接法，一般常用的是并联接法，如图6-9所示。其总面积及输出电容C并是单片电容C的两倍，但输出电压U并仍等于单片电压 U，极板上的总电荷Q并为单片电荷Q的两倍，即
图6-8三轴重载大卡车载荷在2个轴上的分布
图6-9压电片的并联接法
压电片在传感器中必须有一定的预紧力。因为这样首先可以保证压电片在受力时，始终受到压力，其次能消除两压电片之间因接触不良而引起的非线性误差，保证输出与输入作用力之间的线性关系，但是这个预紧力也不能太大，否则将会影响其灵敏度。压电式传感器主要是用于动态力、振动加速度的测量。 1．压电式动态力传感器
图6-10示出了压电式单向动态力传感器的结构，它主要用于变化频率不太高的动态力的测量，如车床动态切削力的测试。
图6-10压电式单向动态力传感器结构
1-传力上盖 2-压电片 3-电极4-电极引出插头5-绝缘材料6-底座 被测力通过传力上盖使压电晶片在沿轴方向受压力作用而产生电荷，两块晶片沿轴向反方向迭在一起，中间是一个片形电极，它收集负电荷。两压电晶片正电荷侧分别与传感器的传力上盖及底座相连。因此两块压电晶片被并联起来，提高了传感器的灵敏度。片形电极通过电极引出插头将电荷输出。电荷Q与所受的动态力成正比。只要用电荷放大器测出△Q，就可以测知AF。
压电式单向动态力传感器的测力范围与压晶片的尺寸有关。例如，一片直径为18mm、厚度为7mm的压电晶片可承受5kN的力，固有振动频率可达数十千赫兹。 2．单向动态力传感器的应用
图6-11是利用单向动态力传感器测量刀具切削力的示意图，
压电动态力传感器位于车刀前端的下方。
切削前，虽然车刀紧压在传感器上，压电晶片在压紧的瞬间也曾产生出很大的电荷，但几秒之内，电荷就通过电路的泄漏电阻中和掉了。
图6-11刀具切削力测量示意图
1-单向动态力传感器2一刀架3-车刀4一工件
切削过程中，车刀在切削力的作用下，上下剧烈颤动，将脉动力传递给单向动态力传感器。传感器的电荷变化量由电荷放大器转换成电压，再用记录仪记录下切削力的变化量。
冲击传感器
在各种防盗用途中，防盗装置本身的防破坏性十分重要。如果防盗装置先被盗贼破坏，就起不到防盗作用了。冲击传感器可安装在防盗装置中，使防盗装置本身具有防破坏功能。 5．3．1冲击传感器的结构
冲击传感器的内部结构示意图如图5．6所示。基板上固定一只螺栓，螺栓上固定一只小弹簧，小弹簧顶端焊接一个小钢球，三者均是良导体并由螺栓作为引出线。
冲击传感器的工作原理
冲击传感器的外壳由铝材料制成，形似电解电容，也套有塑套，并可由铆在上部的引线片焊出另一根线。静态时，不管冲击传感器处于任何角度，钢球与外壳均不会接通。但当受到外力冲击(如砸、碰、撞、撬等)时，则钢球与外壳接通，可用来触发报警装置。
。5．4玻璃破碎传感器
玻璃破碎传感器是一种特殊的振动传感器，用于检测玻璃受