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《压电石英三向力传感器的原理与设计.pdf》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、。:标称阻值R20士IK口“2。..电阻温度系数一19~一24%/℃静态耗散系数H。1.smw/℃(空气),.17m=s,动态耗散系数Hw/℃(vsm/空气)时间常数20ms/2功A偏置电流10ZmA使用温度0~150℃Z耐压25鲍r/cm、使用介质气体液体通用压电石英三向力传感器的原理与设计大连工学院张贻恭孙宝元摘要本文介,,绍了三向压电传感器的原理石英晶片的几何切型传感器的结构设计以及在力电转。换过程中可能出现的问题及其避免的方法,因一_特点之一此压电测力传感器便获得了极、,“”一lHJ舀其广泛的应用从简单的压电测力垫圈从188。年居
2、里(Ctll谊e)发现压电效应以到“火箭发射架”和“生物测力平台”的复,。,来至今已有整整一百年的历史了可是对杂测力系统压电测试技术都发挥了其独特、。压电机理本质的研究新型压电晶体的发现的效能以及压电效应的广泛应用,、YDS则是最近一二本文介绍的为已经研制成功的一。、、一十年的事情目前压电测试技术在国外有皿79BYDs179K型压电石英三向测力传了,。飞速的发展它被有效地应用于许多技术感器它可以对空间任一个或诸多个力的向,、、、、、,领域如超声电声通讯计时遥测量同时进行静态或动态测量合成并分解到、、。声光调制精密计量红外探测以及冲击与三个
3、座标轴上输出这就给科学研究和技术。、振动的动态测量等它们之中的各种传感元工程以一个非常必要而且简便可靠的测量。。,依据不件都是由压电晶体制成的方法用几个三向(或双向)传感器,随着切,近年来削加工的自适应控制进同情况所组成的测力系统可对更为复杂的入实,,,用阶段为了监护与优化加工过程许力系(由多个不同方向的力和扭矩所组成)多。情况下是用动态切削力作为约束条件或反进行综合动态测量这种传感器的研制成功,因,馈控制信号的此压电式动态切削测力为三向动态切削测力仪的制造提供了最基本。。仪就得到了迅速的发展的条件该传感器已在刚性和精度相当可靠目前、,的
4、三向力标定装置上进行多次检测,在各个科学领域和工程技术中证明其对动态力的测量要求十分迫切。能较为理想主要性能指标已达到国外同类产品的水平。。地适应于动态测量则正是压电技术最主要的图1为三向测力系统简图一25一味电荷众器补使豁教孰,毛弓住,兜理昌付孩感肠嘛图1三向测力系统简图电,d;`s,、系数但与dz是反应面剪切骨的系数二三向力传感器各向晶体。dZ。而为厚度剪切系数根据本课题所研制几何切型的选择,,的三向测力传感器的结构以厚度剪切为宜。,传感器设计的核心问题是正确选择石英如图2所示以右旋石英为例当晶体受到。。、晶体传感器元件的几何切型下面
5、分别讨T作用时(力学上规定使第二座标轴正向。、,论夹角减小剪切为正反之为负)图中乙xOY.“1对于测量Pz向力=,T。,O的石英晶片几90趋近于减小所以>O由系数矩何切型凡是晶体在压电系数id矩阵中存在i=j的,系数该种切型晶体则可做为厚度伸缩式。i(的力电转换元件此处=j)向为受力方,。=i)向即是取电荷方向从压电方向而j(,::、程系数矩阵可知石英晶体存在d可选x,x,图2厚度剪的YO“切型轴为压缩方向则切割方向为零度即选XO“Xd:。,,Y用切型(晶片厚度方向沿着晶轴的方阵可知>o所以Q>O即在轴的正向,。。向长度方向沿着晶轴的Y向
6、切割)显然面(即i二2的方向)出现正电荷由于受力面与取电荷面不一致,此种力电转换方式为厚度伸缩中之纵向效则称此种切割为厚度。,,,,。应这种切型切割方便传感器结构简单剪切显然石英晶片几何切型为yO因。dZ。二一,,,,使用十分广泛d2力电转换效率亦高为压缩型Y刁81型单向石。我们已经研制成功的DSXO切型的两倍一般以石英晶体为力电转x护。切型的压缩,英测力传感器即属于采用换元件的剪切型设计基本上采用此种切,YDc一。型传感器它已可靠地应用到78型动型〔1、2。2,T6XOY,态切削测力仪和其它测力方面〕从图可知位于平面内其方xPYzOY,
7、x“.2对于测量P力与力石英晶片几向垂直于平面所以晶轴向为oY切。Z。,何切型的设计型最大灵敏度方向所谓d即指该方向x、Yz。,、因为被检测的PP与P力属空间直的压电系数因此在使用或校准检定此,z,,角座标系测量P力采用压缩型XO型显类传感元件时必须将已知力对准或沿着灵、x、丫。。然测量Pp力属于剪切型设计凡是敏轴方向晶体压电系数idJ矩阵中存在3,j>即存在剪,,切力电转换效应则可利用j向为剪切力方O在本文中晶系座标采用英文小写字母。”外。~,。力系座标采用大写字母O一XYZ则被测外力分别为P系向i向为取电荷方向对石英来说存在Py、氏.
8、L`、(:5二;`、Z。二一:,dl(一)d(Zd)三个剪切压O即受力面与取电荷面共面之剪切效应。一26一..。,03对于被测力系在平面座标系中互厚度只有025~~结构形状和制造工、、、,相垂
