思考题与习题 第5章.doc

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1、思考题与习题5—1用压电式传感器能测量静态和变化缓慢的信号吗?为什么?而其阻尼比很小，为什么可以响应很高频率的输入信号而失真却很小?5—2压电式传感器中采用电荷放大器有何优点?为什么电压灵敏度与电缆长度有关?而电荷灵敏度无关?5—3有一压电晶体，其面积为20mm2，厚度为10mm，当受到压力P=10MPa作用时，求产生的电荷量及输出电压：(1)零度X切的纵向石英晶体；(2)利用纵向效应的BaTiO3。5—4某压电晶体的电容为1000pF，kq=2.5C/cm，电缆电容CC=3000pF，示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电

2、容为50pF，求：(1)压电晶体的电压灵敏度足Ku；(2)测量系统的高频响应；(3)如系统允许的测量幅值误差为5％，可测最低频率是多少?(4)如频率为10Hz，允许误差为5％，用并联连接方式，电容值是多大?5—5分析压电加速度传感器的频率响应特性。若测量电路为电压前量放大器C总=1000pF，R总=500MΩ；传感器固有频率f0=30kHz，阻尼比ζ=0.5，求幅值误差在2％以内的使用频率范围。5—6石英晶体压电式传感器，面积为100mm2，厚度为1mm，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。材料的弹性模量

3、为9×1010Pa，电荷灵敏度为2pC／N，相对介电常数是5.1，材料相对两面间电阻是1014Ω。一个20pF的电容和一个100MΩ的电阻与极板并联。若所加力F=0.01sin(1000t)N，求：(1)两极板间电压峰—峰值；(2)晶体厚度的最大变化。5—7用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求该机器的振动加速度。(g为重力加速度)5—8用压电式传感器测量最低频率为1Hz的振动，要求在lHz

4、时灵敏度下降不超过5％。若测量回路的总电容为500pF，求所用电压前置放大器的输入电阻应为多大?5—9已知压电式加速度传感器的阻尼比ζ=0.1，其无阻尼固有频率f0=32kHz，若要求传感器的输出幅值误差在5％以内，试确定传感器的最高响应频率。5—10某压电式压力传感器的灵敏度为80pC/Pa，如果它的电容量为1nF，试确定传感器在输入压力为1.4Pa时的输出电压。5—11一只测力环在全量程范围内具有灵敏度3.9pC/N，它与一台灵敏度为10mV/pC的电荷放大器连接，在三次试验中测得以下电压值：(1)—100mV；(

5、2)10V；(3)—75V。试确定三次试验中的被测力的大小及性质。5—12什么叫正压电效应和逆压电效应?石英晶体和压电陶瓷的压电效应原理有何不同之处?5—13压电元件在使用时常采用多片串接或并接的结构形式，试述在不同接法下输出电压、输出电荷、输出电容的关系，以及每种接法适用于何种场合。5—14某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度h=0.2mm，圆片半径r=1cm，εr=4.5，X切型d11=2.31´10-12C/N。当0.1MPa压力垂直作用于PX平面时，求传感器输出电荷Q和电极间电压Ua的值。5—15电荷

6、放大器和电压放大器各有何特点?它们分别适用于什么场合?5—16在装配力一电转移型压电传感器时，为什么要使压电元件承受一定的预应力?根据正压电效应，施加预应力必定会有电荷产生，试问该电荷是否会给以后的测量带来系统误差?为什么?5—17某压电晶片的输出电压幅值为200mV，若要产生一个大于500mV的信号，需采用什么样的连接方法和测量电路达到该要求。