2(2)发电式传感器(简)

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1、信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院•为了改善非线性、提高灵敏度和减小外界因素的影响，电容传感器和电感传感器常常作成（）结构；被测信息输出信息敏感元件转换元件信号调理电路•分析传感器时，常将电阻、电容、电感传感器看成一大类，因为他们之间有共性，他们之间的共性是什么？辅助电源信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4压电式传感器§2.4.2压电材料及原理FX具有压电效应的材料称为压电材料，在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但十分微弱。++++

2、压电晶体，如石英等－－－－压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等正压电效应有机压电薄膜，PVDF聚偏二氟乙烯电能机械能逆压电效应压电半导体，如硫化锌、碲化镉等信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4.2压电材料及原理§2.4.2压电材料及原理石英晶体ZZ压电陶瓷tZYXYY直流电场E剩余极化强度XlbX(a)(b)假设从石英晶体上切下XXXX一片平行六面体——晶FFX体切片，使它的晶面分X++++++++－－－－－－－－F别平行于X、Y、Z轴。切FY电场作用下的伸长Y剩余伸长片在受到沿不同方向的－－－+

3、++++++－－－－作用力时会产生不同的(a)极化处理前(b)极化处理中(c)极化处理后极化作用，主要的压电效应有纵向效应、横向纵向效应横向效应效应和剪切效应。信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4.2压电材料及原理§2.4.3压电传感器等效电路压电陶瓷电极当压电传感器中的压电晶体陶瓷片内的极化强度总是承受被测机械应力的作用电极自由电荷以电偶极矩的形式表现出来，qC时，在它的两个极面上出现＋＋＋＋qa－－－－－即在陶瓷的一端出现正束缚电――――极性相反但电量相等的电荷。＋＋＋＋＋荷，另一端出现

4、负束缚电荷。可把压电传感器看成一个静压电晶体极化方向束缚电荷由于束缚电荷的作用，在陶瓷电发生器，如图(a)。也可－－－－－片的电极面上吸附了一层来自把它视为两极板上聚集异性(a)(b)电极＋＋＋＋＋外界的自由电荷。这些自由电电荷，中间为绝缘体的电容荷与陶瓷片内的束缚电荷符号压电传感器的等效电路器，如图(b)。陶瓷片内束缚电荷与相反而数量相等，它起着屏蔽电极上吸附的自由电荷示意图和抵消陶瓷片内极化强度对外界的作用。εSεεSC==r0att信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4.3压电传感器等效

5、电路§2.4.3压电传感器等效电路为提高传感器灵敏度，可采用增加压电片数目和采用Ca传感器的固有电容合理的连接方法。CaRaCcRiCiCi前置放大器输入电容qCc连线电容图(a)为并联形式，有：R传感器的漏电阻++a+R前置放大器输入电阻q′=2q；U′=U；C′=2C－－i++传感器接入电路后完整的等效电路图图(b)为串联形式，有+－1－－q′=q；U′=2U；C′=C2(a)并联(b)串联压电传感器的绝缘电阻Ra与前置放大器的输入电阻Ri相并联。为保证传感器和测试系统有一定的低频或准静态响应，要求压电传感器绝缘电阻应保持在1013Ω以上，才能使内部

6、电荷泄漏减少到满足一般测试并联接法，输出电荷大，时串联接法，输出电压大，本精度的要求。与上相适应，测试系统则应有较大的时间常数，亦即前置间常数大，宜用于测量缓变身电容小，适用于以电压作放大器要有相当高的输入阻抗，否则传感器的信号电荷将通过输入电路信号，并且适用于以电荷作为输出信号，且测量电路输泄漏，即产生测量误差。为输出量的场合。入阻抗很高的场合。信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4.4压电传感器测量电路§2.4.5压电传感器的应用压电传感器本身所产生的电荷量很小，而传感器本身的内阻又很大，

7、因此其输出信号十分微弱，给后续电路提出很高要求。需将压电传感器先接到高输入阻抗的前置放大器，经阻抗变换之后再采用一般的放大、检波电路处理，方可将输出信号提供给指示及记录仪表。电压放大器电荷放大器加速度计力传感器对电缆的对地电容十分敏感与电缆引线所形成的分布电容无关信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.4.5压电传感器的应用§2.4.5压电传感器的应用q=dF=dma3333信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院信号的获取⎯⎯发电型传感器华南农业大学工程学院§2.5磁电式传感器§2.5磁电

8、式传感器法拉第电磁感应定律：当穿磁感应电式当线圈在垂直于磁场方向作直线运动或旋过