测试技术课程设计---压电式加速度传感器测加速度

《测试技术课程设计---压电式加速度传感器测加速度》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、测试技术课程设计设计题目：压电式加速度传感器测加速度专业：应用物理专业学号：3100831002班级：应物101学生：王兵指导教师：屈光辉2011年秋季学期1测试技术课程设计（论文）压电晶体传感器测量加速度的研究摘要运动是绝对的，静止是相对的。日常生活中我们每时每刻都要和运动打交道。因此与之相关的加速度的测量和研究也就显得尤为重要。所以，得到一种简便，可靠又经济的加速度测量器对我们的生活就显得格外重要。本文基于压电晶体的压电效应，传感器的设计与应用，牛顿运动定律及电子技术等相关知识展开研究并最终完成加速度的测量。整个检测系统共包括三

2、大部分，具体简述如下：1.信号拾取元件：基于压电晶体的压电效应，又因为压电效应产生的电量（或信号）比较微弱。因此，采用不同极性的粘贴方法将两片压电片连接，并且将其与相应的元件组合，利用牛顿运动定律将物体加速度（运动量）的测量转换为压电晶体表面的电荷或电压（电学量）的测量。2.检测与转换元件：在第一阶段（信号拾取阶段）采用不同极性粘贴的方法可以获得比单片大一倍的电量。因此，在此采用电荷放大器用来检测和放大已有信号。3.信号输出与显示元件：将放大的电信号通过一定的元件并做相应的处理，使得最终以加速度的数据输出显示。ii测试技术课程设计（

3、论文）ii测试技术课程设计（论文）ii测试技术课程设计（论文）目录摘要……………………………………………………………………………………………i1.压电式传感器基本原理…………………………………………………………………11.1压电现象及其常见的压电材料……………………………………………………11.2压电效应的基本原理………………………………………………………………31.3压电元件的结构形式………………………………………………………………41.4压电式加速度传感器的基本结构及其原理………………………………………52.压电式传感器信号的测

4、量与显示………………………………………………………62.1压电式传感器的等效电路…………………………………………………………62.2压电式传感器的测量电路…………………………………………………………72.3压电式加速度传感器的灵敏度分析………………………………………………82.4信号的输出与显示…………………………………………………………………8参考文献…………………………………………………………………………………………9ii压电晶体传感器测量加速度的研究（论文）1压电式传感器基本原理1.1压电现象及其常见的压电材料某些电介质（晶体

5、），当沿着一定方向施加力时，内部会产生极化现象，同时在它的两个表面会产生电性相反的极化电荷，当去掉外力时，极化现象会消失，这种现象就是压电现象，而当外力反向时，每个表面产生的极化电荷电性也会改变。当在介质的极化方向施加电场时，电介质会发上形变，这种现象叫做“逆压电现象”电能机械能压电元件压电元件图1.1-1压电效应能量转换图“压电现象”可以将机械能转化为电能，而“逆压电现象”是将电能转化为机械能，整个能量转化关系如（图1.1-1）所示：自然界许多晶体都具有压电效应，而常见的压电现象比较明显的有石英晶体，钛酸钡等。压电材料又可划分为许

6、多种类型：压电晶体，压电陶瓷，高分子乙稀，半导体等。但是生活中比较常见的就是压电晶体和压电陶瓷，现简介如下：石英晶体石英晶体主要分为天然石英晶体和和人工石英晶体，都属于单晶体，外形结构呈六面体，具有各向异性。晶体结构图如下（图1.1-2）所示。低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理。石英具有强烈的压电性，即用力敲打时会产生火花，这也就是钻石取火的方法。9压电晶体传感

7、器测量加速度的研究（论文）图1.1-2石英晶体结构图压电陶瓷压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，是一种具有压电效应的材料。压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声呐系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。地震是毁灭性的灾害，而且震源始于地壳深处，以前很难预测，使人类陷入了无计可施的尴尬境地。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。图1.1-3压电晶体极化过程图未极化极

8、化极化后压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对压电陶瓷进行极化处理，使之具有压电效应。整个极化过程如（图1.1-3）所示。9压电晶体传感器测量加速度的研究（论文）晶体极化前，每个自发形成的小区域都有一定的极化方向，从而存在一定的电场。自然