project2压电式传感器

1、压电式传感器摘要：压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。它可以测量最终能变换为力的各种物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有体积小、重量轻、频带宽、灵敏度高等优点。近年来压电测试技术发展迅速，特别是电子技术的迅速发展，使压电式传感器的应用越来越广泛【1】。关键词：压电式传感；LC01；加速度传感器；ZCC-200正文：基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理

2、量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷【a】。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到 压电式传感器某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造

3、的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式（见图）。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这 5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应【2】。 1国内外研究现象：随着信息产业的飞速发展，压电传感器件（滤波器、谐振器、陷波器、鉴频器等）已在音视频、通讯、电脑周边等领域大量应用。据统计，迄今用压电陶瓷做成的滤波器和谐振器，是民品上用量最大的两类主要压电产品，其中陶瓷滤波器用量最大、用途最广，并在军事通信、电子对抗、卫星导航系统中起到重要作用。在美国NI公司

4、的倡导下，目前共有16家全球领先的传感器生产商作为即插即用智能传感器计划项目的合作伙伴，这些成员已经开始向市场供应或研制IEEEl451.4传感器电子数据表(TEDS)的传感器，这种传感器被称为TEDS传感器、即插即用传感器或智能传感器。许多公司已经取得了令人满意的成果。智能传感器的发展是信息技术、知识经济在这一发展的必然产物和自然趋势【b】。北京合力先技术开发有限公司是专业从事旋转机械与结构的监控、分析测量研发和生产的高新技术企业，主要产品有：振动传感器、变送器、监测仪表和控制分析系统。在水力、电力、机械、航空、石化、冶金及铁路矿山等领域得到了广泛的应用【c】。其主要产品ZCC-200系列传

5、感器为一弹簧质量系统，传感器中固定有磁钢，惯性质量（线圈组件）用弹性元件悬挂在壳体内部，当物体振动时，在传感器工作频率范围内，由于惯性，线圈与磁钢相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值，传感器输出信号与烈度监测仪、振动监测仪相配接，即可显示振动或位移，也可输送到信号采集器或其他二次仪表，进行数据采集和测量【d】。美国俄亥俄州的LANCE TECHNOLOGIES INC.,是一家研究、开发和制造冲击、振动、力、压力、应变传感器及测量仪器的专业公司。公司依托美国总部先进的技术和管理经验及国家对外资企业的优惠政策，在激烈的市场竞争中抢占了先机。其产品LC01系列内装I

6、C压电加速度传感器是内装微型IC放大器的压电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录、显示和采集仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。其突出特点如下：低阻抗输出，抗干扰，噪声小，可以进行长电缆传输；性能价格比高，安装方便，尤其适用于我点测量；稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体。LC04系列压电加速度传感器结构先进，品种齐全。与电荷放大器配接，适用于频率范围0.1Hz-20kHz，量程从0.00005g -30,000g的振动、冲击测量。LC07系列内装IC应变加速度传感器，是内装集成电路放大器的应变加速度传感器，与传统模式应变加速度传感器-应变仪

7、测量系统相比，具有如下突出优点：低漂移，低噪声，抗干扰，性价比高，抗过载能力强【e】。2 应用分析：在很多安全场合，比如文物防盗、博物馆防盗和重要机密或重要文件保存，都需要设置玻璃破碎报警器来保证其安全。目前采用最多的就是压电式玻璃破碎报警器，它具有使用频带宽、灵敏度高、结构简单、工作可靠、质量轻、测量范围广等许多优点。LC01系列压电加速度传感器是可专门用于检测玻璃破碎的一种传感器, 它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。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系统【3】。 在玻璃附近安装压电传感器，当压电元件表面因玻璃破碎

8、产生的高频声音信号而受振动时，压电传感器就会产生一定的电压脉冲。该电压经放大后送入带通滤波器，以提高灵敏度和减少误报。压电传感器产生的是交流信号，需经过交直流变换变成直流信号后才能送入比较器。比较器产生标准的下降电压引起单片机中断执行显示、报警操作。系统总体框图如下：比较交直流变换带通滤波放大压电传感器单片机显示报警图1 系统总体框图压电传感器可等效为一个电压源，如图所示图2 压电传感器等效电路利用压电传感器可检测玻璃破碎产生信号的强弱。使用时传感器用胶粘贴在玻璃上, 然后通过电缆和报警电路相连。为了提高报警器的灵敏度, 信号经放大后, 需经带通滤波器进行滤波, 要求它对选定的频谱通带的衰减要

9、小, 而带外衰减要尽量大。 由于玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内, 这就使滤波器成为电路中的关键。 当传感器输出信号高于设定的阈值时, 才会输出报警信号, 驱动报警执行机构工作【g】。 参考文献：1、 自动检测技术 马西秦 编著 机械工业出版社，2011.012、 李科杰现代传感技术北京：电子工业出版社，2005：9596.3、 杨昌善.玻璃破碎报警器.中国安全防范参考网址：a、/view/.htmb、/BizInfo.asp?id=16002c、/BizInfo.asp?id=16002d./showroom/gaoyinghe/product-list/catalog-1.htmle、