压电振动传感器

1、广东第二师范学院学生实验报告院系名称物理与信息工程系班 级专业名称电子信息工程实验课程名称传感器技术与应用实验项目名称压电振动传感器实验时间2019年5月16日实验地点物理楼3楼微机实验室实验成绩指导教师签名实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、 图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。【实验目的】测量振动。我们周围由自然和机械诱发的振动普遍存在。因为过度的振动可缩短机电系 统的使用寿命，振动测量很重要。例如，过度的振动可能导致飞机机身的断裂，或导致 焊点在电子电路板中断开。在旋转机械中，轴和其他旋转部件的不平衡会引起不必要的

2、 振动，这可能导致过度磨损和最终失灵。然而，并不是所有的振动都不需要。当对机械 系统进行建模时，经常会向系统引入振动以确定其动态响应。【实验仪器】1. NI ELVIS II2. LabVIEW软件3. 压电振动传感器【实验原理】1. 压电效应许多天然材料如石英晶体和多晶陶瓷都会表现出一种称为压电效应的现象。如图1所示,当对压电材料施加力时， 会使正离子和负离子积聚在材料的相对表面上，导致电荷积聚。压电效应是一个可逆的过程，这意味着对压电材料施加电压时，会使材料振动。这种反 向特性用于压电蜂鸣器以及超音波浴中声波的产生。2. 压电振动传感器压电效应是许多振动传感器工作的基本依据。使用这些传感器

3、，可以测量振动、加速度 变化率、位移和冲击。图 2为一个薄膜型压电振动传感器。图2: MeaSUrement SPeCiaItieS膜式压电振动传感器它由一个封装在透明保护薄膜中的压电聚合物构成。当传感器中性轴机械弯曲，就会在 压电元件内产生高应变，从而产生大的电压。当传感器通过直接接触弯曲时，该装置充 当灵活的“开关”，因为产生的输出足以触发电路。当传感器被允许自由振动时，它可 以作为于测量速度变化率的加速度计。当用作加速度计时，感应振动与传感器的测量输 出成比例。在这种类型的振动传感器中，通过增加质量或调整其夹紧位置，可对其进行 调节或"微调”以达到所需的灵敏度或固有频率。压电振

4、动传感器产生的电荷可以使用如图3所示的电荷放大电路转换成可测量的电压，其中Rf是反馈电阻，Cf是反馈电容。在 MeChatrOnic Sensors板中，反馈电阻和电容分别 为Rf = 1 M 和Cf = 0.01 F等式1表示了所产生的电荷与输出电压之间的关系：伽=口场需要注意，压电振动传感器不适用于静态测量，如恒定加速度。这是因为当压电薄膜弯 曲时，感应电荷随时间衰减，速度取决于传感器的材料以及传感器所连接的数据采集装 置的输入阻抗。Cf图3:用于测量压电振动传感器输岀的电荷放大器电路【实验步骤】1数据采集1. 打开 QNET MeChatronic Sensors.lvproj.2. 在

5、项目资源管理器 PrOjeCt Explorer 窗口中打开 QNET Sensors Piezo VibratiOn.vi3. 点击数据采集Collect Data .4. 在仪器DeViCe下拉菜单中，选择仪器名称5. 运行VI.6. 用一根手指手动扰动连接到压电传感器的塑料卡舌，并检查压电输出Piezo OUtPUt波形图中的响应。7. 握住塑料片的末端并缓慢弯曲。检查响应。8. 基于这两个测试，压电振动传感器测量什么？测量与应变计测量有何不同？使用压电 输出Piezo OUtPUt波形图获取两次测试的结果。9. 继续下一节2.确定固有频率1. 要确定压电振动传感器的固有频率，点击固有频

6、率NatUralFreqUe ncy2. 确保压电振动传感器处于静止状态（i.e.没有振动）.3. 用一根手指扰动其塑料片。4. 等待几秒钟，传感器停止振动时立即按Plot按钮。5. VI在功率谱波形图中捕获所得到的响应。响应应与图2类似。6. 使用光标CUrSOr工具测量峰值频率，并将其记录在表1中。TrialNatUralFreqUenCy (HZ)12345表1:固有频率测量记录7. 多次重复测量以确定传感器的平均固有频率。将测量值记录在表1中。注意：为了确保在每次测量时正确采集数据，请在连续测量之间等待至少10秒钟。8. 如果不需要进一步的实验，按停止SToP按钮并关闭实验。【实验心得】测量压力的实验比较简