教学项目8轮胎压力检测系统的分析设计.doc

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1、项目八轮胎压力检测系统的分析设计知识目标：1，掌握压电传感器结构原理。2，掌握压力测量的主要方法。3.了解压力传感器的应用能力目标：1.学会压力测量电路的调试。2.能进行压力测量电路的设计。3.学会轮胎压力检测系统的设计素质目标：1．培养耐心细致的工作态度；2．培养严谨扎实的工作作风；3．培养团结协作的合作精神。技能训练目标要求:　1.了解压电传感器的原理与用途2.学会压电传感器测量电路的设计3.轮胎压力检测系统的分析设计任务1压电式传感器的工作原理压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷

2、，当外力去掉后，又恢复到不带电的状态。逆压电效应压电材料的种类当沿电介质极化方向对其施加电场，这些电介质会产生几何变形。压电晶体、压电陶瓷压电材料的主要特性参数有①压电常数它是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出的灵敏度。②弹性常数弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。③介电常数对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关，而固有电容又影响着传感器的频率下限。④机械耦合系数在压电效应中其值等于转换输出量与输入量之比的平方根。它是衡量压电材料电能转换效率的一个重要参数。⑤电阻。压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频

3、特性。居里点。是指压电材料开始丧失压电特性的温度。石英晶体光轴机械轴电轴横向压电效应压电效应纵向压电效应不产生石英晶体的压电效应演示5.1.3压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷是一种人工合成的多晶体压电材料。其内部是由无数个细微的单晶组成的，每个晶粒具有一定的极化方向，在无外电场作用下，晶粒杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此压电陶瓷此时呈中性，即原始的压电陶瓷不具有压电性质，如图5—3（a）所示。压电陶瓷材料有多种，最早的是钛酸钡（BaTiO3），现在最常用的是锆钛酸铅（PbZrO3-PbTiO3），简称PZT等。压电式传感器基本原理：利用压电材料的压电效应，当有外

4、力作用在压电材料上时传感器就有电荷（或电压）输出压电元件的连接方式：+－+++++++++－－－－++++－并联串联输出电荷大输出电压高为了提高灵敏度，在使用中常把几片同型号的压电元件粘结在一起，如图5—8是两个压电元件的组合形式。其中（a）是两个压电元件的负极相连的并联接法，在外力作用下电荷量可增加一倍，电容量也增加一倍，输出电压与单个压电元件相同。图（b）是两个压电元件的串接形式，其输出的电荷量与单个压电元件的相同，总的电容量为单个压电元件电容量的一半，输出增大一倍。在实际的压电传感器中，可根据需要对压电元件进行串、并联的组合。压电式传感器的应用l压电式测力传

5、感器它的测力范围是0～50N，最小分辨率为0.01N，绝缘阻抗为，固有频率为50～60kHz。非线性误差小于±1%。整个该传感器重为10g，可用于机床动态切削力的测量。l压电式加速度传感器测量时，将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器与被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可认为质量块的惯性很小，因此，质量块与传感器基座感受到相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力为传感器输出的电荷与作用力成正比，即式中d11——压电系数可见，只要测得加速度传感器的输出电荷量，便可知加速度的大小。l压电式

6、金属加工切削力测量图5—11是利用压电陶瓷传感器进行测量刀具切削力的示意图。由于压电陶瓷元件的自振频率高，特别适合测量变化剧烈的载荷。图中压电陶瓷传感器位于车刀前部的下方，当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电传感器，压电传感器将切削力转换为电信号输出，记录下电信号的变化便测得切削力的变化。l构成报警器电路利用压电传感器对敲击、振动敏感的特性，可以制成报警器电路。如图5—12为玻璃防冲击报警器电路原理方框图。图中压电元件用来感知玻璃受到撞击时产生的振动波，外形及内部电路见图5—13所示。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警使

7、用时，将传感器用胶粘贴在玻璃上，然后通过电缆和报警电路连接。图13-5DAC0808D/A转换器德典型应用压电传感开关电路中，vT采用场效应管3DJ6H，SP采用压电陶瓷片。接通电源时，电容器C极板两端电压为零，与之相连的场效应管控制栅极板G的偏压为零，这时vT（），红色发光二极管（）。当用小的物体从10cm高度自由落下砸到压电陶瓷片上时，SP产生负向脉冲电压，通过二极管vD1向电容器C充电，vT的控制极加上负偏压，并超过3DJ6H所需的夹断电压-9v，这时vT（），红色发光二极管（）二极管vD2旁路SP在碰撞结束后，随着电容器C上电压由于元器件漏电而逐渐降低，小

8、于夹断电压