实验15 压电传感器实验模块

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1、实验十五压电传感器实验模块15.1实验目的：掌握压电传感器元件的转换原理、型号、使用方法。15.2实验原理：音频信号接到扬声器中，音频震动会引起扬声器发出声音，此声音带动周围的空气振动，如果让此声音接近压电传感器，则压电式传感器将会感应出正弦波形。15.3实验设备和元件：震动测量实验模块，15号压电传感器实验模块。示波器。15.4实验内容：压电传感器说明书附在后面1.把十五号模块安装在音频震动测量试验模块上，然后将音频信号接入震动模块，示波器接到15号模块的TP1和TP2端。2.打开实验台电源开关，调节音

2、频率，观察示波器波形，选择输出波形幅度最大，失真最小的记录下来（参考值;在频率为500Hz附近时，输出波形幅度达到最大，为1-2v）。3.实验电路图如下：4.压电传感器电路如下图：15.5实验结果与讨论1、详细记录实验结果。2、写出系统误差的存在形式，说明减小办法。3、分析有无疏失误差并进行处理。4、简要分析实验中出现的问题及处理方法。①示波器一直没有数据，只有干扰波的数据。检查发现是音频功率放大器的输出线损坏，更换一个发现数据显示了。②5、其他实验体会。压电传感器说明书·压电传感器元件的转换原理压电传感

3、器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电材料它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。·特点简介压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。压电陶瓷的优点是烧制

4、方便、易成型、耐湿、耐高温。缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰。有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体，如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器，很有发展前途。压电式传感器的应用:压电传感器结构简单、体积小、质量累世、功耗小、寿命长，特别是它具有良好的动态特性，因此适合有

5、很宽频带的周期作用力和高速变化的冲击力。·测量参数（1）力测量压电式传感器主要利用石英晶体的纵向和剪切的压电效应，因为石英晶体刚度大、滞后小，灵敏度高、线性好，工作频率宽、热释电诳应小。力传感器除可测单向作用力外还可利用不同切割方向的多片晶体依靠其不同的压电效应测量多方向力，如空间作用力3个方向的分力Fx、Fy、Fz　　（2）压力测量：压电式压力传感器主要利用弹性元件（膜片、活塞等）收集压力变成作用于晶体片上的力，因为弹性元件所用材料的性能对传感器的特性有很大影响。（3）加速度测量：压电式加速度传感器是利

6、用质量块m由预紧力压在晶体片上，娄被测加速度a作用时，晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应，因此质量块的质量决定了传感器的灵敏度，也影响着传感器的高频响应。·动态测量压电传感器只能应用于动态测量　　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

7、）。