压电传感器振动课业

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TechnologyBTECHNDinElectrical/ElectronicEngineeringUnit21:MeasurementandTestingAssignmentNameofStudentUnitTitleUnit21:MeasurementandTestingAssignmentTitle压电传感器在物体振动频率测量中的应用AssignmentNoAssignment1NameofTutorZhangHongNameofInternalVerifierZhengYangSubmissionDeadlineJune30,2011・OutcomesandAssessmentCriteriaOutcomeAssessmentCriteriaforpassFeedbackTutor'sdecision1压电传感器研究描述压电材料具有压电效应的原理1a压电材料的分类及选择1b压电传感器测量电路参数对测量结果的影响1c3物体振动频率测量电路设计及分析画出测量电路并描述工作原理3a测量电路的组成及各部分作用3b分析输出信号频率与物体振动关系3cMeritGradeCriteriaMeritDescriptorsIndicativeCharacteristicsFeedbackTutor'sdecision

M1IdentifyandapplystrategiestofindappropriatesolutionsTheprocessofcalculationisillustratedstepbystepTheimprovementisinvoledM1M2Select,designandapplyappropriatemethodsandtechniquesTheprincipleofop-ampisshownindetailThesuitableamplifiersarechosen,thereasonsareconvincingandclearM2M3PresentandcommunicateappropriatefindingsThedemonstrationinEnglishisfluentenoughM3DistinctionGradeCriteriaDistinctionDescriptorsIndicativeCharacteristicsFeedbackTutor'sdecisionD1Usecriticalreflectiontoevaluateownworkandjustifyvalidconclusions•ThroughavarietyofwaystoverifytheconclusioniscorrectD1D2Takeresponsibilityformanagingandorganisingactivities•Theinformationaboutchosenamplifierisshownandcomplete,andotheroptionisadvisedD2D3Demonstratecreativethinking•Thesimulationofp-ampgivesaprecisecircuitandanexpectedoscillogramD3

Internalverificationofassignmentbrief(finalagreedversion)IVnameDateIconfirmthatthisisallmyownworkStudentsignatureS"请同学将下列材料译成英文StudentsignatureS"请同学将下列材料译成英文Professor'ssummativefeedbackandcommentsSignatureDateStudent'scommentsonprofessor'sfeedbackSignatureDateANSWERALLTASKS1什么是压电式传感器？答：压电式传感器是一种自发电传感器。以某些电介质的压电效应为基础,压电材料受力后表面产生电荷，从而实现非电量向电量的转换。2石英晶体的压电机理？答：当石英晶体不受外力作用时，硅离子和氧离子刚好在正六边形的六个顶角上，也就是说正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象，见图5-3(a)；当石英晶体在x轴方向受力时，晶体的极面A上呈现负电荷，晶体的极面B上呈现正电荷，见图5-3(b)；当石英晶体在y轴方向受力时，晶体的极面A上呈现正电荷，晶体的极面B上呈现负电荷，见图5-3(c)。(a)不受外力+ 4- 4- +(b)x轴方向受力(c)y轴方向受力在晶体的弹性限度内，在X轴方向上施加压力Fx时，在x面上产生的电荷为Qd11Fx (5-1)式中，dll为x轴方向受力的压电系数(C/N)；Fx为x轴方向的作用力(N)。3压电材料的分类有哪些？答：压电传感器中的压电元件材料一般有三类压电晶体压电陶瓷

高分子压电材料4压电传感器的测量要求是什么？答：由于外力的作用，在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能完好地保存，即需要测量转换电路具有无穷大的输入阻抗，这实际上是不可能的,所以压电式传感器不能用于静态力的测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量转换电路一定的电流，因此，压电式传感器只适用于动态测量。5石英晶体压电材料的缺点与优点？答：石英晶体在20〜200°C内压电系数的变化率小，因而其性能非常稳定,不足之处在于压电系数较小(d=2.31X10—12C/N)。因此，石英晶体一般只在标准传感器、高精度传感器或使用温度较高的传感器中使用。6压电晶体与压电陶瓷相比不同点有哪些？答：石英的优点是它的介电和压电常数的温度稳定性好，适合做工作温度范围很宽的传感器。极化后的压电陶瓷的压电系数是石英的几十倍甚至几百倍，但稳定性不如石英好，居里点也低。7压电元件的等效电路由压电元件的工作原理可知，压电式传感器可以看作一个电荷发生器。同时，当压电元件表面聚集电荷时，相当于一个以压电材料为介质的电容器，则其电容量为££AC= 0rad压电元件的开路电压U的表达式为a压电式传感器可以等效为一个电荷源，如图5-6(a)所示。它也可等效为一个电压源,如图5-6(b)所示。I T~° +T~~-^1 °00q丰―企/① “寻7压电式传感器的测量转换电路的特点及形式

压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用为：一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。由于电荷放大器中的反馈电容Cf在输入端的等效电容满足Cf（A+1）>>（Ca+Cc+Ci），因而可以忽略电缆电容Cc和前置放大器的输入电容Ci的影响。QuQu—CfU= ~QAoC(A+1)+(C+C+C)f a ci8实验内容与步骤压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。1）实验内容与步骤1压电传感器已安装在振动梁的圆盘上。将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”，并按下图4-1接线，合上主控台电源开关，调节低频调幅到最大、低频调频到适当位置，使振动梁的振幅逐渐增大（直到共振）。将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端UJ，Uo1接q2，Uo2接移相检波低通模块低通滤波器输入Ui，输出Uo接通信接口CH1，用上位机观察压电传感器的输出波形Uo。

+15V压电传感器实验模块Uo图4-12）实验报告1.改变低频输出信号的频率，记录振动源不同振幅下压电传感器输出波形的频率和幅值。低通滤波器GND-15VR7Uo2+15V压电传感器实验模块Uo图4-12）实验报告1.改变低频输出信号的频率，记录振动源不同振幅下压电传感器输出波形的频率和幅值。低通滤波器GND-15VR7Uo2-n9实验结果分析：建立坐标描点画出输入输出曲线Required:Ineachpart,youshouldgivetheaccuratecircuitandsimulationfigure,whencalculationisneeded,youshouldgive