力传感噐传感器.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,常州信息职业技术学院,#,单击此处编辑母版标题样式,传知万物 感创未来,传感器应用技术,常州信息职业技术学院,传知万物 感创未来,学习内容,认识传感器,温度传感器,力传感器,位移传感器,光电传感器,常州信息职业技术学院,传知万物 感创未来,力传感器,压电式传感器,压阻式传感器,应变式传感器,压阻式传感器,弹性敏感元件,各类力传感器,剪切式测力传感器,油井专用负荷传感器,BLR,14,拉式称重传感器,拉压式称重传感器,3.1,弹性敏感元件,力传感器,弹性敏感元件,弹性敏感元件的特性,变换力的敏感元件,变换压力的敏感元件,一、弹性敏感元件的特性,1,、刚度：是弹性元件受外力作用下变形大小的量度表示，即弹性元件产生单位位移所需要的力或压力。,2,、灵敏度：是刚度的倒数，即它是作用于弹性元件上单位力或压力所产生的变形。,力传感器,弹性敏感元件,3,、弹性滞后：理想的弹性元件在弹性变形范围内，反复循环进行加载或卸载时，由于没有弹性误差存在，所以加、卸载时的位移曲线应重合。但实际的弹性元件在加、卸载的正反行程中，位移曲线是不重合的，而是构成一个弹性滞后环。,F,x,加载,卸载,力传感器,弹性敏感元件,4,、弹性后效：,弹性元件材料的变形不仅是载荷的函数，也是时间的函数。弹性滞后是不取决于时间的，而弹性后效是在载荷不变的情况下，弹性元件在一段时间内还会继续产生类似蠕动的位移。这种变形落后于载荷和时间有关的现象称弹性后效。弹性后效使传感器出现负的测量误差、零点漂移等，应尽力设法减小。,弹性元件在工作中的滞后和后效现象是同时发生的，统称为弹性滞后误差，在设计传感器时要力求减少。,力传感器,弹性敏感元件,5,、固有振荡频率,弹性元件的固有频率（即其无阻尼自由振动频率），在很大程度上决定传感器的动态特性，对很多传感器，为了减小动态误差应提高传感器的固有频率。传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振荡频率。,力传感器,弹性敏感元件,二、变换力的敏感元件：,F,1,、悬臂梁,2,、实心轴,3,、扭转轴,力传感器,弹性敏感元件,1,、悬臂梁：,等截面型悬臂梁,等强度型悬臂梁,变形的悬臂梁,力传感器,弹性敏感元件,等截面型悬臂梁,等强度型悬臂梁,变形的悬臂梁,力传感器,弹性敏感元件,2,、实心轴,纵向应变,横向应变,3,、扭转轴,：,弹性模量,A,：,横截面积,：泊松系数,力传感器,弹性敏感元件,三、变换压力的敏感元件,FP,1、,膜片,2、,膜盒,弹簧管,波纹管,力传感器,弹性敏感元件,变换压力的弹性敏感元件,(a),弹簧管；,(b),波纹管；,(c),等截面薄板；,(d),膜盒；,(e),薄壁圆筒；,(f),薄壁半球,力传感器,弹性敏感元件,波纹管膜片波纹的形状,力传感器,弹性敏感元件,薄壁圆筒弹性敏感元件的结构,力传感器,弹性敏感元件,应变：用于表征形变大小的量，是量纲为,1,的数，通常很小。,正负：拉伸应变为正、压缩应变为负,单位：应变,(),、微应变,(),1=1,10,-6,注：对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于,1,10,-3,，即,1000,m/m,，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。,力传感器,弹性敏感元件,常州信息职业技术学院,传知万物 感创未来,力传感器,压电式传感器,压阻式传感器,应变式传感器,压阻式传感器,弹性敏感元件,金属应变式传感器的,主要特性,电阻应变式传感器的,工作原理,应变片的,种类与结构,电阻应变式传感器的,测量电路,电阻应变式传感器的,应用,力传感器,应变式,一、金属应变式传感器的主要特性,金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。,主要优点：,精度高，测量范围广,频率响应特性较好,结构简单，尺寸小，重量轻,可在高,(,低,),温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作,易于实现小型化、固态化,价格低廉，品种多样，便于选择,力传感器,应变式,主要缺点：,具有非线性；输出信号微弱；,抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。,力传感器,应变式,二、电阻应变式传感器的工作原理,导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生,机械变形,，其,电阻值,也将随着发生,变化,，这种现象称为,应变效应,。,电阻应变式传感器主要由,电阻应变片,及,测量转换电路,等组成。,力传感器,应变式,金属丝受拉时，,l,变长、,r,变小，导致,R,变大。,力传感器,应变式,设有一长度为,l,、截面积为,A,、半径为,r,、电阻率为,的金属单丝，它的电阻值,R,可表示为,当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中,、,r,、,l,都将发生变化，从而导致电阻值,R,发生变化。,K,电阻应变片的灵敏度,力传感器,应变式,对于不同的金属材料，,K,略微不同，一般为,2,左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率,会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。,在材料力学中，,x,=,l,/l,称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变，是量纲为,1,的数。,x,通常很小，常用,10,-6,表示之。例如，当,x,为,0.000001,时，在工程中常表示为,1,10,-6,或,m/m,。在应变测量中，也常将之称为微应变,(),。,力传感器,应变式,R=(,/,r),R+,R=(,+,)(,+,)/,(r-,r),金属：,l,，,r,变化,几何尺寸变化是主要的,半导体,:,变化,压阻效应是主要的,+,+,2(r-,r),2r,力传感器,应变式,为金属电阻丝的应变灵敏度系数，它表示单位应变所引起的电阻相对变化。,大小由两个因素引起：,由几何尺寸的改变所引起的变化；,材料的电阻率随应变所引起的变化（压阻效应）。,实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常在,1.8,3.6,范围内。,力传感器,应变式,三、应变片的种类与结构,应变片可分为,金属应变片,及,半导体应变片,两大类。前者可分成,金属丝式、箔式、薄膜式,三种。目前箔式应变片应用较多。,金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。,力传感器,应变式,箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。,力传感器,应变式,箔式应变片的外形,力传感器,应变式,半导体应变片外形,金属丝式应变片的内部结构,力传感器,应变式,1-,基底,2-,敏感栅（,电阻丝）,3-,覆盖层,4-,引出线,1,电阻应变片的结构示意图,3,4,2,L,b,力传感器,应变式,上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？,力传感器,应变式,应变片的粘贴：,1.,去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。,力传感器,应变式,2.,贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡。,力传感器,应变式,3.,测量：从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。,力传感器,应变式,4.,焊接：将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。,力传感器,应变式,5.,固定：焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。,力传感器,应变式,四、电阻应变式传感器的测量电路,金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。,例,如：,某传感器弹性元件在额定载荷下产生的应变是,100010,-6,，应变片的阻值为,120,，应变灵敏度系数是,2,，则电阻相对变化量为？,力传感器,应变式,1,、电桥电路的分类,按照电源分类：,直流电桥、交流电桥,按照输出分类：,电流输出、电压输出,电流输出：当电桥的输出信号较大，输出端又接入电阻值较小的负载时，电桥以电流形式输出。,电压输出：当电桥输出端接放大器时，由于放大器输入阻抗很高，认为电桥的负载电阻无穷大，这时电桥以电压形式输出。,力传感器,应变式,按照电阻分类：,等臂、电源对称、输出对称,等臂电桥：,R1=R2=R3=R4=R,电源对称电桥：,R1=R4=R R2=R3=R,输出对称电桥：,R1=R2=R R3=R4=R,按照应变片分类：,单臂、双臂、四臂,力传感器,应变式,力传感器,应变式,2,、电桥电路的分析,调节,RP,，最终可以使,R,1,/,R,2,=,R,4,/,R,3,（,R,1,、,R,2,是,R,1,、,R,2,并联,RP,后的等效电阻）,，电桥趋于平衡，,U,o,被预调到零位，这一过程称为调零。图中的,R,5,是用于减小调节范围的限流电阻。,电桥平衡的条件,：,R,1,/,R,2,=,R,4,/,R,3,力传感器,应变式,单臂电桥,全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。,力传感器,应变式,双臂电桥,R,1,、,R,2,为应变片，,R,3,、,R,4,为固定电阻。应变片,R,1,、,R,2,感受到的应变,1,2,以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压,U,o,成倍地增大。,力传感器,应变式,四臂全桥,全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件受力后，应变片,R,1,R,4,产生的电阻增量（或感受到的应变,1,4,）正负号相间，就可以使输出电压,U,o,成倍地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。,力传感器,应变式,当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。,全桥的温度补偿原理,力传感器,应变式,五、应变效应的应用,应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。,电阻应变片的应用可分为两大类：,1,、是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路；,2,、是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。,力传感器,应变式,应变式力传感器,F,F,F,F,力传感器,应变式,各种悬臂梁,力传感器,应变式,F,F,固定点,固定点,电缆,力传感器,应变式,应变片在悬臂梁上的粘贴及变形,力传感器,应变式,工业电子秤形变情况,力传感器,应变式,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,F,R,1,R,2,R,4,力传感器,应变式,F,F,应变式荷重传感器外形及受力位置,力传感器,应变式,F,F,力传感器,应变式,荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。,荷重传感器原理演示,力传感器,应变式,汽车衡,力传感器,应变式,汽车衡,力传感器,应变式,汽车衡,称重系统,荷重传感器用于构件的称重,荷重传感器,（共,3,个，,120,度分布，以达到均衡目的）,底座,垫块,电缆,电子秤,磅秤,超市打印秤,远距离显示,力传感器,应变式,电子天平,电子天平的精度可达十万分之一,力传感器,应变式,人体秤,力传感器,应变式,吊钩秤,便携式,力传感器,应变式,应变式数显扭矩扳手,可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程,2500N.m,，耗电量,10mA,，有公制,/,英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。,力传感器,应变式,常州信息职业技术学院,传知万物 感创未来,力传感器,压电式传感器,压阻式传感器,应变式传感器,压阻式传感器,弹性敏感元件,压阻式固态压力传感器,利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。,力传感器,压阻式,隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片 隔离开来。,压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片,力传感器,压阻式,压阻式固态 压力传感器 内部结构,信号处理电路,力传感器,压阻式,小型压阻式固态压力传感器,高压进气口,低压进气口,绝对压力传感器,呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器,p,1,进气管,p,2,进气管,固态压力传感器,力传感器,压阻式,表压压力传感器,p,1,进气管,力传感器,压阻式,投入式液位计,压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：,p,1,的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。,投入式液位传感器安装方便，适应于深度为 几米 至 几十米，且混有 大 量 污物、杂质的水或其他液体的液位测量。,力传感器,压阻式,投入式液位计外形,压阻式固态压力传感器,光柱 显示器,橡胶 背压管,材料应变的测量,斜拉桥上的斜拉绳应变测试,常州信息职业技术学院,传知万物 感创未来,力传感器,压电式传感器,压阻式传感器,应变式传感器,压阻式传感器,弹性敏感元件,压电式传感器的,主要特性,压电式传感器的,工作原理,压电式传感器的,种类与结构,压电式传感器的,测量电路,压电式传感器的,应用,力传感器,压电式,一、压电式传感器的主要特性,压电式传感器是一种典型的,自发电式传感器,。它以某些电介质的压电效应为基础，在,外力作用,下，在电介质表面,产生电荷,，从而实现非电量电测的目的。,压电式传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的非电物理量，例如动态力、动态压力、振动、加速度等，但不能用于静态参数的测量。,压电式传感器具有体积小、质量轻、频率响应高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。,压电传感器,主要特性,二、压电式传感器的工作原理,压电效应,某些晶体，在一定方向,受到外力作用,时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面,产生符号相反的电荷,；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称为,压电效应,。,反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种想象称为,逆压电效应,（电致伸缩效应）。,压电传感器,工作原理,具有压电效应的物质很多，压电式传感器中的压电元件材料一般有三类：,压电晶体,（单晶体）,经过极化处理的,压电陶瓷,（多晶体）,高分子压电材料,压电传感器,材料分类,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,压电效应演示,1,、石英晶体的压电效应,压电传感器,工作原理,石英晶体的特点,优点：,性能非常稳定,，在,20,200,范围内压电常数变化率只有,-0.0001/,。此外，具有自振频率高、动态响应好、机械强度高、绝缘性能好、迟滞小、重复性好、线性范围宽等优点。,缺点：,压电常数小,。因此，石英晶体大多只在标准传感器、高精度传感器或使用温度较高的传感器中使用，而在一般要求的测量中，基本采用压电陶瓷。,压电传感器,工作原理,石英晶体振荡器（晶振）,石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。,晶振,天然结构的石英晶体呈六角形晶柱,天然形成的,石英晶体外形,压电传感器,工作原理,压电传感器,工作原理,石英晶体有三个轴（课本,P64,图,3-15a,、图,3-16,）,X,轴,电轴,，通过六面体相对的两个棱线并垂直于光轴,Y,轴,机械轴,，垂直于两个相对的晶柱棱面,Z,轴,光轴,，与晶体的纵轴线方向一致,用金刚石刀具从晶体上沿,XYZ,轴线切割出一片平行六面体的薄片（正方形薄片）称为晶体切片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷,Q,与所施加的力,F,成正比。,压电传感器,工作原理,石英晶体薄片,压电传感器,工作原理,课本,P64,图,3-16,当沿,X,轴对晶片施加力时，将在垂直于,X,轴的表面产生电荷，这种现象称为,纵向压电效应,；,沿,Y,轴施加力的作用时，电荷仍出现在与,X,轴垂直的表面上，称为,横向压电效应,；,沿,Z,轴方向受力时，不产生压电效应。,压电传感器,工作原理,纵向压电效应产生的电荷：,沿,X,轴施加压力，产生垂直于,X,轴平面的电荷,纵向压电系数，下标的意义是产生电荷的面的轴向及施加作用力的轴向,沿晶轴,X,方向施加的压力,当晶片受到,X,向的压力作用时，与作用力成正比，而与晶片的几何尺寸无关；,若作用力改为拉力时，则在垂直于,X,轴的平面上仍出现等量电荷，但极性相反。,压电传感器,工作原理,横向压电效应产生的电荷：,沿,Y,轴向施加压力，产生垂直于,X,轴平面的电荷,横向压电系数,沿晶轴,Y,方向施加的压力,根据石英晶体的对称条件：,=-,，,得：,=-,沿机械轴方向给晶片施加压力，产生的电荷与几何尺寸有关，,沿,Y,轴的压力产生的电荷与沿,X,轴的压力产生的电荷极性相反。,垂直于,X,轴向面积越大、晶片越薄，横向压电效应产生的电荷越多,压电传感器,工作原理,石英晶片受压力或拉力时，电荷的极性,F,+,+,-,-,y,x,F,-,-,+,+,y,x,x,F,+,+,-,-,y,x,F,-,-,+,+,y,压电传感器,工作原理,石英晶体在机械力的作用下在其表面产生电荷的原因：,石英晶体的每一个晶体单元，有三个硅离子和六个氧离子，正负离子分布在正六边形的顶角上，当作用力为零时，正负电荷互相平衡，对外没有带电现象。（课本,P64,图,3-15,）,压电传感器,工作原理,2,、压电陶瓷的压电效应,压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它由无数细微的电畴组成。电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向。在无外电场作用时，各个电畴在晶体中无规则排列，极化效应相互抵消，因此在原始状态下，压电陶瓷呈中性，不具有压电效应。,为使压电陶瓷具有压电效应，必须在一定温度下做极化处理。即以强电场使电畴规则排列，这时压电陶瓷便具有压电性。在极化电场去除后，电畴基本保持不变，留下很强的剩余极化，当压电陶瓷受外力作用时，其表面也能产生电荷，也具有压电效应。,压电传感器,工作原理,三、压电式传感器的种类与结构,1,、压电材料,选取合适的压电材料一般考虑：,转换性能：具有较大的压电常数,机械性能：具有较高机械强度、刚度，以获得较高固有频率,电性能：具有较高的电阻率和介电常数，以期减少电荷的泄漏以及外部分布电容的影响，获得良好的低频特性,温度、湿度稳定性能：具有较高的居里点，以期获得较宽的工作温度范围（,居里点是指压电性能破坏时的温度转变点,）,时间稳定性能：压电材料的压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性,压电传感器,种类结构,石英晶体（单晶体、压电晶体）,分类：,天然和人工培养两种类型。,特点：,在几百摄氏度的温度范围内，压电系数不随温度而变化。居里点为,573,。有很大的机械强度和稳定的机械性能，但灵敏度很低，介电常数小，因此逐渐被其他压电材料替代。,性能稳定、,精度高、居里点高,、灵敏度低,压电传感器,种类结构,压电陶瓷（多晶体）,压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，比石英晶体的压电灵敏度高得多，制造成本却较低，目前国内外生产的压电元件绝大多数采用压电陶瓷，烧制方便、耐湿、耐高温、易于成形。,锆钛酸铅系压电陶瓷（,PZT,）,压电陶瓷主要研究对象，具有较高压电系数和居里点（,300,以上）,钛酸钡压电陶瓷、,铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷,压电传感器,种类结构,压电陶瓷外形,压电传感器,种类结构,无铅压电陶瓷及其换能器外形（上海硅酸盐研究所研制）,压电传感器,种类结构,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，具有一定的压电性能，这类薄膜称为高分子压电薄膜。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面积。,如果将压电陶瓷的粉末加入高分子化合物中，可以制成高分子,-,压电陶瓷薄膜，既保持了高分子压电薄膜的柔软性，又具有较高压电系数，是一种很有希望的压电材料。,压电传感器,种类结构,高分子压电薄膜及拉制,压电传感器,种类结构,高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆,压电传感器,种类结构,可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板,压电传感器,种类结构,压电式脚踏报警器,压电传感器,种类结构,并联 串联,铜片、银片,+,-,+,+,-,-,+,+,-,-,+,-,导电胶,2,、压电元件的结构形式,在压电式传感器中，常将两片或多片组合在一起使用，由于压电材料有极性，故接法有两种：串联和并联。,压电传感器,种类结构,特点：,并联：,输出电荷大、电容大、时间常数大，适合测慢变信号，并以电荷量作输出量的场合。,串联：,输出电压高、电容小，适合以电压作为输出量，以及测量电路输入阻抗很高的场合。,压电传感器,种类结构,1,、等效电路,Q,Ca,Ra,Cc,Ri,Ci,Ui,Ca,Ra,Cc,Ri,Ci,Ui,Ua,电荷源等效 电压源等效,四、压电式传感器的测量电路,压电传感器,测量电路,压电传感器内阻抗很高，而输出信号微弱，测量电路要求有一个,高输入阻抗的前置放大器作阻抗匹配,，才能防止电荷迅速泄漏而使测量误差减小。,前置放大器作用：,（,1,）将高阻抗输出变换为低阻抗输出；,（,2,）将输出的微弱信号进行放大。,前置放大器两种形式：,（,1,）电压放大器：输出电压与输入电压成正比,（,2,）电荷放大器：输出电压与输入电荷成正比,压电传感器,测量电路,Q,Ca,Ra,Cc,Ri,Ci,Ui,+,-,A,Cf,Rf,Uo=-AUi,压电传感器,测量电路,2,、电荷放大器测量电路,电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小：,电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为电压（,Q/U,转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。,压电传感器,测量电路,四通道电荷放大器外形,.,压电传感器,测量电路,上图所示的四通道电荷放大器指标,（参考东方振动和噪声技术研究所资料）,灵 敏 度：,0.1,1000mV/pC,频率范围：,0.3,100KHz,噪声,(,最大增益,),：折合至输入端小于,5V,准 确 度：,1%,最大输出：,10V/10mA,电源：,220V/50Hz,控制方式：计算机或手动,焊接式,电荷放大器,压电传感器,测量电路,超小型电荷放大器模块,主要指标,:,灵 敏 度：,1,、,10,、,100mV/pC(,任选一档,),频率范围：,0.3,100KHz(,上、下限可选,),噪声,(,最大灵敏度,),：输出端小于,1mV,归 一 化：外接电阻调整线性误差：,1%,最大输出：,5V,或,10V,电源：,6V,15V,特点：可组成经济的多点测试系统,压电传感器,测量电路,其他电荷放大器外形,面板式电荷放大器,五、压电式传感器的应用,1.,玻璃打碎报警装置,将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。,粘贴位置,压电传感器,应用,高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器,质量块,将厚约,0.2mm,左右的,PVDF,薄膜裁制成,10,20mm,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报警信号。,压电传感器只能应用于动态测量的原因,由于外力作用在压电元件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。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量,（一般必须高于,100Hz,，但在,50kHz,以上时，灵敏度下降）。,2,、压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等）,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处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。,压电传感器,应用,3,、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、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。,高分子压电电缆,应用演示,将两根高分子压电电缆相距,若干米,，平行埋设于柏油公路的路面下约,5cm,，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。,压电片的并联接法,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，一般常用的是并联接法。其总面积是单片的两倍，极板上的总电荷,Q,并,为单片电荷,Q,的两倍。,压电传感器,应用,4,、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,压电传感器,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,压电式纵跳 训练分析装置,压电传感器测量双腿跳的动态力,www.ccit,休息一下,