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壓電傳感器的特性：壓電式傳感器的特性分析
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壓電傳感器的特性：壓電式傳感器的特點(diǎn)
壓電式傳感器
piezoelectric type transducer
基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等(見(jiàn)壓電式壓力傳感器、加速度計(jì))。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。配套儀表和低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。它廣泛應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域
壓電傳感器的特性：壓電式傳感器的特點(diǎn)及特性分析
壓電效應(yīng)介紹
壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類(lèi)傳感器稱(chēng)為壓電傳感器。
壓電效應(yīng)的原理是，如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱(chēng)之為正壓電效應(yīng)），反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)）。如果壓力是一種高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)（機(jī)械震動(dòng)），這就是我們平常所說(shuō)的超聲波信號(hào)。也就是說(shuō)，壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能，這種相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系確實(shí)非常有意思。
壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形，這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，壓電材料已被用來(lái)制作智能結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應(yīng)性和自修復(fù)性等功能，在未來(lái)的飛行器設(shè)計(jì)中占有重要的地位。
壓電式傳感器的特點(diǎn)
壓電式傳感器可以對(duì)各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。它具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點(diǎn)。
壓電式傳感器特性分析
壓電式傳感器是用石英晶體或壓電陶瓷以及觸針等零部件做成的。當(dāng)觸針沿被測(cè)工件表面滑動(dòng)時(shí)，由于觸針的上下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生- 一個(gè)力作用于晶體上，因此使晶體產(chǎn)生- 一個(gè)很小的電壓，又由于觸針施加在晶體的壓力隨被測(cè)表面輪廓而變動(dòng)，所以在晶體上產(chǎn)生的電壓也隨之變化。為了獲得粗糙度參數(shù)的顯示模擬值，需要從這個(gè)壓電式傳感器上出微量電流，用于放大和處理顯示值。
由于壓電式傳感器存在著內(nèi)阻抗，它必然產(chǎn)生微小的電壓衰減，而引起輸出的電流值不是原有的測(cè)定值，這正是壓電式傳感器不能完全獲得被測(cè)工件真實(shí)輪廓的基本原因。當(dāng)然，振動(dòng)敏感性高、信號(hào)噪聲大、電纜噪聲大、抗干擾能力差等因素也會(huì)引起測(cè)量誤差，但這些因素僅是控制性因素。所以若要使壓電式傳感器能獲得與電感式傳感器一樣的被測(cè)表面的真實(shí)輪廓，只有減少壓電式傳感器的電壓衰減，也就是要求選用一種電壓衰減微小的壓電晶體材料，才能更好地充分利用壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于實(shí)施以及攜帶輕便的優(yōu)點(diǎn)。
壓電式傳感器與電感式傳感器的特性對(duì)比
壓電式傳感器與電感式傳感器的針描法的基本原理是相同的。電感式傳感器主要能夠真實(shí)地將觸針的上下運(yùn)動(dòng)復(fù)現(xiàn)為位置敏感的電感號(hào)，用此信號(hào)來(lái)描繪被測(cè)工件表面粗糙度的輪席圖形。電感式傳感器所以能配置粗糙度的多參數(shù)的顯示裝置、打印機(jī)和繪圖機(jī)并做成臺(tái)式的昂貴的高精度測(cè)量?jī)x器，關(guān)鍵在于電感式傳感器測(cè)得的電信號(hào)能真實(shí)反映被測(cè)工件表面粗糙度的真實(shí)圖形。為了比對(duì)兩種傳感器的失真特性，擬定了一種比對(duì)電路方案，以盡可能減少其他干擾的影響，保證比對(duì)條件的一致性和盡可能提高比對(duì)測(cè)試的變動(dòng)性和穩(wěn)定性。實(shí)施方框圖如圖1所示。
在采用同一模式的比對(duì)條件下采用電感式傳感器和壓電式傳感器對(duì)5 種不同的表面粗糙度樣塊做了比對(duì)試驗(yàn)，其測(cè)試的輪廓圖形略。比對(duì)分析如下：
（1） 對(duì)粗糙度大的加工。表面，電感式傳感器和壓電式傳感器描繪的被測(cè)表面輪廓，兩者基本上- 一致，如對(duì)R.=6.47的樣塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得值的差值只有0.5%，小于儀器的示值誤差（土5 % ）的技術(shù)指標(biāo)。
（2）對(duì)粗糙度小的加工表面（如磨削表面），壓電式傳感器描繪的被測(cè)表面輪廓比電感式傳感器描繪的同一被測(cè)表面輪廓的輪廓失真、畸變較大，所有輪廓峰和輪廓谷的尖銳峰谷均成了國(guó)角峰谷，單峰數(shù)明顯減少，甚至在壓電式傳感器中不能反映單峰特征，從測(cè)試樣塊的R=0.075 的測(cè)值比對(duì)可知，壓電式傳感器測(cè)得的值均為R》 0.075，而且存在較大的示值變動(dòng)性（約為10% ）。雖然誤差值仍在便攜式表面粗糙度測(cè)量?jī)x的儀器示值變動(dòng)性允許范圍（12% ）內(nèi)，但與電感式傳感器的示值變動(dòng)性（2% ）相比，則高出5 倍之多，這明顯暴露出壓電式傳感器的弱點(diǎn)。
（3） 從儀器的示值變動(dòng)性測(cè)試比對(duì)結(jié)果可知，壓電式傳感器比電感式傳感器的示值變動(dòng)性差。所以在規(guī)定便攜式粗糙度測(cè)量?jī)x的示值誤差和示值變動(dòng)性時(shí)，其允許數(shù)值均大于臺(tái)式電感粗糙度測(cè)量?jī)x，僅從兩者特性比對(duì)可知，這是完全正確的。但是在便攜式表面粗糙度測(cè)量?jī)x的標(biāo)準(zhǔn)草案中卻不分傳感器的形式，籠統(tǒng)地規(guī)定了便攜式觸針表面粗糙度測(cè)量?jī)x的示值誤差、示值變動(dòng)性和示值穩(wěn)定性。
（4）按測(cè)試比對(duì)方圖框描繪的被測(cè)表面輪廓圖形與兩臺(tái)粗糙度測(cè)量?jī)x的測(cè)得值比較，可以認(rèn)為，其總的趨向是吻合的。
結(jié)論
壓電式傳感器之所以僅配置表面粗糙度單參數(shù)測(cè)量?jī)x，而不配置描繪圖形的記錄器，主要原因是受到壓電品體輸出特性的限制。因此，只要改進(jìn)壓電晶體的輸入輸出特性，即選用電壓衰減微小的壓電材料，才能得到被測(cè)工件表面的真實(shí)輪廓圖形，并：有可能減小測(cè)量粗糙度多參數(shù)的示值誤差和示值變動(dòng)性。當(dāng)然，對(duì)其他引起壓電式傳感器誤差的因素也慎重考慮。如采取降低壓電式傳感器的頻率誤差，降低溫度和濕度的影響，以及降低電纜噪聲和提高橫向靈敏度等- -系列有效措施，改善壓電式傳感器的特性是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
雖然壓電晶體具有固有頻率高、靈敏度高和信號(hào)噪聲比高等優(yōu)點(diǎn)，但為了獲得好的高頻響應(yīng)，除了應(yīng)選擇壓電系數(shù)高的材料之外，還必須考慮硅油的黏度以及設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)。獲得好的低頻響應(yīng)，必須增大測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)，增大時(shí)間常數(shù)的有效辦法是加大前置放大器的輸入電阻。
壓電傳感器的特性：壓電式傳感器的特點(diǎn)是什么
不知道大家有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)壓電式傳感器，其實(shí)它具有自行發(fā)電式以及機(jī)電變化式兩種。那么，你知道壓電式傳感器的特點(diǎn)是什么嗎？一起來(lái)看看吧！
一、壓電式傳感器的特點(diǎn)是什么
它的特點(diǎn)是物體小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕、頻響高、訊噪比大等。這種傳感器能夠?qū)Σ煌膭?dòng)態(tài)力、機(jī)械撞擊以及波動(dòng)做檢測(cè)，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航上獲得了普遍的應(yīng)用。
二、壓電式傳感器的相關(guān)知識(shí)介紹
這種的傳感器是采用石英晶體或者是壓電陶瓷和觸針等各種部件制成的。當(dāng)觸針被監(jiān)測(cè)工件外表滑動(dòng)時(shí)，因?yàn)橛|針的上下活動(dòng)而出現(xiàn)，一個(gè)力發(fā)揮在晶體上，所以然晶體出現(xiàn)一個(gè)非常小的電壓，又因?yàn)橛|針增加在晶體的壓力，隨被測(cè)表面的外框而改變，因此在晶體上出現(xiàn)的電壓也會(huì)跟隨著改變。為了得到粗略度參數(shù)的顯現(xiàn)模擬值，應(yīng)當(dāng)從此傳感器上出微小電流，用作放大和處理顯示值。
一些電載體在順著同個(gè)方向上遇到外力的影響而改變時(shí)，其里面會(huì)出現(xiàn)極化狀態(tài)，并且在它的兩個(gè)的外表上發(fā)生正負(fù)差異的電荷。當(dāng)外力沒(méi)有之后，它又將回到?jīng)]電的狀態(tài)，這種情況叫做正壓電反應(yīng)。當(dāng)影響力的位置變換時(shí)，電荷的極性也跟著變化。反之，當(dāng)在電載體的極化方向上增加電場(chǎng)，這些電載體也會(huì)出現(xiàn)變形，電場(chǎng)沒(méi)有之后，電載體的變形也跟隨沒(méi)有，這種情況叫做逆壓電反應(yīng)。
總結(jié)：以上就是小編介紹的關(guān)于壓電式傳感器的特點(diǎn)是什么的相關(guān)內(nèi)容，希望能給大家?guī)?lái)幫助。想必大家看完之后有所了解了吧!如果想要人了解更多的相關(guān)信息，請(qǐng)多多關(guān)注齊家網(wǎng)，齊家網(wǎng)將給大家提供更全、更詳細(xì) 、更新的資信息。
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壓電式傳感器的特點(diǎn)
