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    電機加速度傳感器

    簡要描述:電機加速度傳感器原理某些晶體在一定方向上受力變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力去除后,又重新恢復到不帶電狀態,這種現象稱為“壓電效應",具有“壓電效應"的晶體稱為壓電晶體。常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等

    • 產品型號:
    • 廠商性質:生產廠家
    • 更新時間:2023-06-08
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    詳細介紹
    品牌鵬宸電氣應用領域環保,化工,石油,冶金

    電機加速度傳感器

    電機加速度傳感器


    工作原理

    壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的。某些晶體在一定方向上受力變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力去除后,又重新恢復到不帶電狀態,這種現象稱為“壓電效應",具有“壓電效應"的晶體稱為壓電晶體。常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等。                                              

    構成

    壓電式加速度傳感器 壓電式加速度計的結構和安裝壓電式加速度計的結構形式

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    常用的壓電式加速度計的結構形式如圖。S是彈簧,M是質量塊,B是基座,P是壓電元件,R是夾持環。圖a是中央安裝壓縮型,壓電元件—質量塊—彈簧系統裝在圓形中心支柱上,支柱與基座連接。這種結構有高的共振頻率。然而基座B與測試對象連接時,如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外,測試對象和環境溫度變化將影響壓電元件,并使預緊力發生變化, 易引起溫度漂移。圖c為三角剪切形,壓電元件由夾持環將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動時,壓電元件承 受切應力。這種結構對底座變形和溫度變化有隔離作用,有較高的共振頻率和良好的線性。圖b為環形剪切型,結構簡單,能做成極小型、高共振頻率的加速度計,環形質量塊粘到裝在中心支柱上的環形壓電元件上。由于粘結劑會隨溫度增高而變軟,因此最高工作溫度受到限制。

    特性曲線

    加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率

    一般小阻尼(z<=0.1)的加速度計,上限頻率若取為共振頻率的 1/3,便可保證幅值誤差低于1dB(即12%);若取為共振頻率的1/5,則可保證幅值誤差小于0.5dB(即6%),相移小于30。但共振頻率與加速度計的固定狀況有關,加速度計出廠時給出的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。實際使用的固定方法往往難于達到剛性連接,因而共振頻率和使用上限頻率都會有所下降。加速度計與試件的各種固定方法見圖.

    固定方法

    簡介

    其中采用鋼螺栓固定,是使共振頻率能達到出廠共振頻率的最好方法。螺栓不得全部擰入基座螺孔,以免引起基座 變形,影響加速度計的輸出。在安裝面上涂一層硅脂可增加不平整安裝表面的連接可靠性。需要絕緣時可用絕緣螺栓和云母墊片來 固定加速度計,但墊圈應盡量簿。用一層簿蠟把加速度計粘在試件平整表面上,也可用于低溫(40℃以下)的場合。手持探針測振方法,在多點測試時使用特別方便,但測量誤差較大,重復性差,使用上限頻率一般不高于 1000Hz。用專用磁鐵固定加速度計,使用方便,多在低頻測量中使用。此法也可使加速度計與試件絕緣。用硬性粘接螺栓或粘接劑的固定方法也長使用。某種典型的加速度計采用上述各種固定方法的共振頻率分別約為:鋼螺栓固定法31kHz,云母墊片28kHz,涂簿蠟層29kHz,手持法2kHz,磁鐵固定法7kHz。

    靈敏度

    壓電加速度計屬發電型傳感器,可把它看成電壓源或電荷源,故靈敏度有電壓靈敏度和 電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計輸出電壓(mV)與所承受加速度之比;后者是加速度計輸出電荷與所承受加速度之比。 加速度單位為m/s^2,但在振動測量中往往用標準重力加速度g作單位,1g= 9.80665m/s^2。這是一種已為大家所接受的表示方式,幾乎所有 測振儀器都用g作為加速度單位并在儀器的板面上和說明書中標出。

    對給定的壓電材料而言,靈敏度隨質量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來說,加速度計尺寸越大 ,其固有頻率越低。因此選用加速度計時應當權衡靈敏度和結構尺寸、附加質量的影響和頻率響應特性之間的利弊。

    壓電晶體加速度計的橫向靈敏度表示它對橫向(垂直于加速度計軸線)振動的敏感程度,橫向靈敏度常以主靈敏度(即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度)的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標出最小橫向靈敏度方向,一個優良的加速度計的橫向靈敏度應小于主靈敏度的3%。因此,壓電式加速度計在測試時具有明顯的方向性。

    前置放大器

    壓電元件受力后產生的電荷量極其微弱,這電荷使壓電元件邊界和接在邊界上的導體充電 到電壓U=q/Ca(這里Ca是加速度計的內電容)。要測定這樣微弱的電荷(或電壓)的關鍵是防止導線、測量電路和加速度計本身的電荷泄漏。換句話講,壓電加速度計所用的前置放大器應具有輸 入阻抗,把泄漏減少到測量準確度所要求的限度以內。

    壓電式傳感器的前置放大器有:電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大器就是高輸入阻抗的比例放大 器。其電路比較簡單,但輸出受連接電纜對地電容的影響,適用于一般振動測量。電荷放大器以電容作負反饋,使用中基本不受 電纜電容的影響。在電荷放大器中,通常用高質量的元、器件,輸入阻抗高,但價格也比較貴。

    從壓電式傳感器的力學模型看,它具有“低通"特性,原可測量極低頻的振動。但實際上由于低頻尤其小振幅振動時,加速度 值小,傳感器的靈敏度有限,因此輸出的信號將很微弱,信噪比很低;另外電荷的泄漏,積分電路的漂移(用于測振動速度和位 移)、器件的噪聲都是不可避免的,所以實際低頻端也出現“截止頻率",約為0.1~1Hz左右。

    應用場合

    在現代生產生活中被應用于許許多多的方面,如手提電腦的硬盤抗摔保護,目前用的數碼相機和攝像機里,也有加速度傳感器,用來檢測拍攝時候的手部的振動,并根據這些振動,自動調節相機的聚焦。壓電加速度傳感器還應用于汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。

     




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