发电式传感器及其应用1

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1、测试技术——发电式传感器及其应用(4)第五章内容压电式传感器磁电式传感器光电式传感器固态图像传感器霍尔传感器热电偶传感器红外探测器1压电式传感器压电效应外力作用下在压电材料表面产生电荷F+q等效电路两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器压电材料：石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等FFq电极压电晶片Cou＝q/Co电荷源电压源1压电式传感器结构形式两片、四片压电材料串并联组成，提高灵敏度并联接法：电容量大、时间常数大，响应慢测量缓变信号适合电荷输出串联接法：电容量小、时间常数小，响应快测量快变信号适合电压输出1压电式传感器

2、测量电荷易泄漏，适宜作动态测量电荷测量：电荷放大器（电容反馈放大器）如果放大器开环增益A足够大uo≈-qe/Cf电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，并且与电缆分布电容无关电荷放大器的灵敏度取决于Cf——灵敏度的选择常做高精度测量加速度计电缆电荷放大器1压电式传感器测量电荷测量：电荷放大器灵敏度输入范围低通滤波1压电式传感器测量电压测量：阻抗变换＋放大压电传感器的内阻抗Ra很高，输出的信号微弱测量电路阻抗变换：低阻抗输出微弱信号进行放大连接电缆改变（长度、布线）Cc影响电压灵敏度值电压灵敏度随被测信号频率而变

3、不可以用于静态测量、测量精度不高电荷源电压源加速度计电缆阻抗变换、放大ui1压电式传感器优缺点优点它具有很高的刚度，测量过程中变形甚小，是一种近乎理想的测力元件尺寸与重量很小，可以小到只有零点几克，因而使用中对被测对象的附加质量小固有频率高，可以高达数万赫兹，线性好横向干扰小（最大不超过5%），可做成多向测力仪响应快、灵敏度高、信噪比大、结构简单、性能可靠缺点调理特殊、不宜做静态测量需经常校正灵敏度1压电式传感器压电式压力传感器测量方法——动态电压测量：电压放大器——频率、电缆影响电荷测量：电荷放大器——高精度测量1压

4、电式传感器12345压电转换元件传感器体弹性膜片电极引线P压电式加速度传感器结构敏感元件：弹簧、质量转换元件：压电元件转换电路：电荷放大器、阻抗变换器S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环几种加速度传感器结构(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c)三角剪切型1压电式传感器压电式传感器内装IC压电加速度传感器内装微型IC-集成电路放大器低阻抗输出，抗干扰，噪声小性能价格比高，安装方便，尤其适于多点测量稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气灵敏度：100mV/g量程：50g频率范围：0.5-8000Hz（±1

5、0%)安装谐振点:30kHz分辨率：0.0002g重量：8gm线性：≤1%输出偏压：8-12VDC恒定电流：2-20mA输出阻抗：＜150Ω激励电压：18-30VDC1压电式传感器压电加速度计安装螺栓安装——可测量强振动和高频率振动绝缘螺栓或者云母片绝缘相连腊膜粘附手持探棒与振动表面接触磁铁座相连——常用、较小的振动测量粘结剂连结1压电式传感器压电式传感器阻抗头：同时给出同一个点动态加速度和力的传感器机械阻抗：响应加速度/激振力8770A5型阻抗头量程灵敏度频率范围加速度±5g1000mV/g1Hz~4kHz力±5Ib

6、1000mV/Ib1压电式传感器2磁电式传感器电磁感应原理N匝线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，感应出正比于运动速度的电压磁通Ф变化率取决于：磁场强度B——固定线圈运动速度磁路磁阻测量：磁电式传感器输出功率较大、零位及性能稳定调理电路一般较简单工作频率一般为10～1000Hz分类动圈式——线圈运动速度磁场为常数直线运动速度变磁阻——磁路磁阻变化齿圈和极轴组成的磁路中磁阻发生变化，其结果使磁通量周期性增减感应电压取决：转速、探头端面距齿顶间隙测量角速度或转轴的转速2磁电式传感器磁电式速度传感器绝对速度传感器组成：磁路系统、

7、惯性质量、弹簧阻尼线圈壳体振动磁钢随之振动芯轴相对静止线圈切割磁力线线圈中感应电势感应电势E=kV，式中k为取决于磁感应强度、线圈长度和匝数,V为绝对振动速度弹簧片芯轴线圈磁钢阻尼环壳体2磁电式传感器磁电式速度传感器绝对速度传感器动态特性：二阶系统固有频率应该尽可能低，但实现有很大困难由于结构上的原因，固有频率一般取10～15Hz工作频率：15～1000Hz阻尼比：阻尼环产生磁阻尼力（0.5~0.7）2磁电式传感器磁电式速度传感器相对速度传感器芯轴——顶杆——另一试件壳体——顶杆：相对速度输出电压：正比相对速度

8、测量频率：0～1kHz2磁电式传感器磁电式转速传感器变磁阻输出：感应一个电势脉冲可靠、稳定、有源传感器不适应于低转速2磁电式传感器永久磁铁线圈齿圈引线间隙极轴磁电式扭矩传感器2磁电式传感器光电效应在光的照射下，激发物体的电子运动的现象外光电效应：光能光电流信号电子逸出内光电效应改变导电性能3光电式传感器光敏三极管光电器件光电发射