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《压电石英称重传感器及其在动态公路车辆称重系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、全国称重技术研讨套论文集r6)压电石英称重传感器及其在动态公路车辆称重系统中的应用—中国运载火箭技术研究院第七。二研究所刘九卿【摘要】本文介绍了以石英晶体为敏感元件的压电石英称重传感器的工作原理、结构与特点;,.石英晶体的压电效应压电石英晶体片的并联、串联连接,电荷电压计算;石英晶体片的装配方法要求和装配工艺;石英晶体敏感元件与电阻应变计的性能比较。分析了利用多个石英晶体敏感元件组装的工字梁型动态称重传感器的结构与技术特点及其在动态公路车辆称重系统中的应用。[关键词】石英晶体压电效应称重传感器电荷放大器动态称重轴重秤一、概述,尽管早在1908年
2、Piere(皮埃尔)和JacguseCurie(雅克卡里)就发现了石英晶体的压电效应但是用于动态力的测量还是20世纪60年代。当时由苏黎世的瑞士联邦技术研究所研制出压电石英,,。测力传感器并利用它制成风洞天平对空气动力进行测量瑞士联邦工学院和德国Aachen大学分别利用石英,。晶体研制出刚性非常好的三分量测力传感器用来测量机床的切削力,;20世纪70年代扩展了压电石英三分量测力系统用来测量六个分量和计算力作用点的座标、;军事工程部门用于测量火箭推力向量(力的大小方向和位置)汽车工业部门用于测量轮胎的附、。;着力生物力学领域用于运动矫形术整形和姿
3、态控制,20世纪80年代在汽车制造业中压电石英测力传感器用于测量汽车点火压力汽车碰撞的冲击力。利用二分量测力传感器同时测量汽车检测平台的垂直力和水平力,将压电石英测力传感器埋在路,。面下测量汽车轮胎与路面之间的接触力,。,20世纪90年代公路车辆轴载超限越来越严重已成为世界难题在公路车辆轴载超载预判,、、,,,桥梁超载报警和轴载动态称重计量中迫切需要体积小高度低重量轻刚度大固有频率高,。·动态范围广灵敏度高的动态称重传感器和动态公路车辆称重系统压电石英晶体敏感元件及其组。er(奇石乐)公司开发出可以埋在路面下的以装的压电石英称重传感器就具备上述
4、特点瑞士Kistl,,,石英晶体为敏感元件的工字梁型动态称重传感器用于公路车辆轴载超载预判桥梁超载报警隧,。、、、道保护和车辆轴载计量取得了很好的应用效果这种压电石英称重传感器已在美国英国德国、、。,澳大利亚韩国日本等许多国家广泛应用1993年7月在苏黎世的瑞士联邦技术研究所根据欧关健称贡部件“”,洲研究项目C0TS323道路动态称重的要求对压电石英称重传感器与另外8个商用称重传感器进行了道路比较试验。试验使用数字式示波器显示重量信号、并将其储存在软盘上,然后将数据。,、、。用计算机进行离线分析除了车辆的轴重和毛重外车速轴距轮距和单双轮胎等均可
5、确定在,,20~50kmlh速度下动态称量结果与动态校准结果非常吻合证明压电石英称重传感器完全可以用于公路车辆轴重计量。、二石英晶体的压电效应石英晶体(Qu叭2Crystal)是二氧化硅无水,,,2化合物分子式为510是各向异性的材料通常用直角坐标轴来表征它的方向性。典型的石英晶体外形和直角坐标轴如图l所示。,Z轴是石英晶体的对称轴在垂直于Z轴的,,平面上通过相对两棱的直线叫X轴由于石英,。晶体呈六角棱形因此有三个X轴与X轴和Z。,轴都垂直的是Y轴X轴称为电轴Y轴称为中。性轴(或机械轴)Z轴称为光轴通常所说的X,(或Y)切割就是切割出来的石英晶
6、体片的两。个平面都与X(或Y)轴相垂直X切割的石英晶体片如图2。所示图1石英晶体,当石英晶体片沿X轴方向受一外力作用时,内部产生极化在垂直于X轴的两个平面上产生,。等量的正负电荷这种现象称为纵向压电效应,而在垂直于Y轴的平面上沿着Y轴的方向施,,加外力时在与X轴垂直的平面上产生电荷这。种现象称为横向压电效应在Y切割(剪切型切,,害d)石英晶体片中当在垂直于Y轴的平面内,沿X轴方向受外力作用时在受力表面产生电,这种现象。荷称为剪切效应石英晶体的压电效应是由于在外力作用下石英晶体内的硅原子和,氧原子的位置产生相对变形正电荷和负电荷的,重心互相移位所
7、至产生的电荷由覆盖在石英晶体表面的电极板进行收集、传输。力值的计量就,ZX是直接利用这三个压电效应制成单分量或多分图切割的石英晶体片量测力与称重传感器。全国称重技术研讨会论文集(6)三、压电石英称重传感器的工作原理凡压电石英称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将重量信号转换成电信号的装......口...曰....。,杏置现以一个X切割的石英晶体圆片为例口....口.......一一..、电。卜~.~-d计算它的电荷压石英晶体圆片如图3-所示。十十—+十,。一设石英晶体圆片直径为d厚度为t当!,石英晶体圆片沿X轴方向受外力Fx作用时凡:,在垂
8、直于F的平面上产生电荷而且其外力图3石英晶体圆片受力图与产。生的电荷存在线性关系,=d,,(Q凡C):x式中Q一石英晶体圆片垂直于Fx平面产生的电荷,
