最新[信息与通信]第4部分 传感器原理4-磁电-压电与热电式课件PPT.ppt

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1、[信息与通信]第4部分传感器原理4-磁电-压电与热电式磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。按照结构不同，磁电式传感器可分为：磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N磁电式传感器磁电式传感器—动圈式1.动圈式线速度型角速度型动圈磁电式传感器等效电路e—感应电动势Z0—线圈阻抗负载电阻（放大器输入电阻）电缆导线电阻（很小可忽略）电缆导线分布电容输出电压若不使用特别加长电缆导线时，CC可忽略，且RL>>Z0，磁电式传感器—动圈式动圈式传感器线速度型磁电式传感器—动圈式测速电机磁电式传感器的工作原理也是可逆的。作为测量

2、振动或转速，它工作于发电机状态；若在线圈上加以交变激励电压，则线圈就在磁场中振动，成为激振器（电动机状态）。角速度型磁电式传感器—动圈式2.磁阻式传感器磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）改变磁路的磁阻，而引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。这种传感器是由永久磁铁及缠绕其上的线圈组成，如下图测频数当齿轮旋转时，齿的凸凹引起磁阻变化，使磁通量变化，在线圈中感应出交流电动势，其频率等于齿轮的齿数和转速的乘积。磁电式传感器—磁阻式磁阻式传感器使用方便、结构简单，在不同场合下可用来测量转速、偏心量、振动等。磁电式传感器—磁阻式

3、转速测量偏心测量振动测量磁电式传感器—磁阻式NS案例：鼠笼电机转子断细条检测磁电式传感器—磁阻式二、压电式传感器压电式传感器是一种可逆型换能器，既可以将机械能转换为电能，又可以将电能转换为机械能。这种性能使它被广泛用于压力、应力、加速度测量，也被用于超声波发射与接收装置。第四节磁电、压电与热电式传感器在用做加速度传感器时，可测频率范围从0.1Hz~20kHz，可测振动加速度按其不同结构可达10-2~105m/s2。用做测力传感器时，其灵敏度可达10-3N。优点：体积小、质量小，精确度及灵敏度高等。现在与其配套的后续仪器，如电荷放大器等技术性能的日益提高，使这

4、种传感器的应用愈来愈广泛。1.压电效应←变换原理某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面出现电荷，形成电场；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。压电式传感器压电效应是可逆的，即将压电晶体置于外电场中，其几何尺寸也会发生变化—逆压电效应实验证明：压电效应和逆压电效应是线性的，即晶体表面出现电荷的多少与形变的大小成正比，当形变改变符号时，电荷也改变符号；在外电场作用下，晶体形变的大小与电场强度成正比，当电场反向时，形变也改变符号。通常把沿电轴(X轴)方向的作用力(一般利用压力)产生的压电效应称为“纵向

5、压电效应”，把沿机械轴(Y轴)方向的作用力产生的压电效应称为“横向压电效应”，沿光轴(Z轴)方向的作用力不产生压电效应。沿相对两棱加力时，则产生切向效应。压电式传感器主要是利用纵向压电效应。压电效应与方向压电式传感器2.压电材料常用的压电材料大致可分为三类:压电单晶、压电陶瓷和有机压电薄膜。石英是压电单晶中最具有代表性的，应用广泛。除天然石英外，还大量应用人造石英。石英的压电常数不高，但具有较好的机械强度和时间、温度稳定性。传感技术中最普遍应用的是压电陶瓷。压电陶瓷制作方便，成本低，压电常数比单晶体高得多，一般比石英高数百倍。现在的压电元件多数采用压电陶瓷。

6、高分子压电薄膜的压电特性并不很好，但它易于大批量生产，且具有面积大、柔软不易破碎等优点，可用于微压测量和机器人的触觉。压电式传感器3.压电式传感器及其等效电路在压电晶体的两个工作面上进行金属蒸镀，形成金属膜，构成两个电极。如图所示在压电晶体受到外力作用时，在两个极板上将聚积数量相等、极性相反的电荷，形成了电场。F+q=deFd金属板因此压电传感器可看作是一个电荷发生器，又是一个电容器，其电容量为等效电荷源压电式传感器适宜作动态测量。压电式传感器+并接+串接实际压电传感器中，通常用两个或两个以上的压电晶片进行并接或串接使用。并接：电容量大、输出电荷量多、时间常

7、数大，宜于测量缓变信号，适宜于以电荷量输出的场合。串接：电容量小、输出电压大，适用于以电压作为输出信号的场合。压电式传感器压电传感器是一个具有一定电容的电荷源，其开路电压u0与电荷q、传感器电容Ca存在下列关系当传感器接入测量电路，连接电缆的寄生电容就形成传感器的并联寄生电容C，后续电路的输入阻抗和传感器中的漏电阻就形成泄露电阻R0，为了防止漏电阻造成电荷损失，通常要求R0>1011W，因此传感器可近似视为开路。压电式传感器在外力为正弦力F0sinwt作用时，传感器产生的电荷为考虑负载影响时，根据电荷平衡条件，有式中u求导忽略过渡过程，上式的稳态解压电式传感

8、器电容上的电压为上式表明：压电元件的电压输出还受回路