传感与检测技术-项目二 压电式传感器在警戒区报警电路中的应用

任务一压电陶瓷片的识别、检测和选用１.压电陶瓷片的特性压电陶瓷片,俗称蜂鸣片,是一种电子发音元件,属于人工制造的多晶体压电材料,它是基于压电效应工作的.所谓压电效应,是指某些电介质,当沿着一定方向对其施加外力而使其发生机械变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上产生电量相等、符号相反的电荷;当去除外力时,电介质又重新回到不带电的情况.如果外力方向发生改变,电介质上电荷的极性也发生改变.压电陶瓷片的结构及图形符号如图４-４所示,它是由直径为d的压电陶瓷片和直径为D的金属振动片复合而成.当电压作用于压电陶瓷片时,它就会随电压和频率的变化产生机械变形;当振动压电陶瓷片时,则会产生一个电荷.下一页返回任务一压电陶瓷片的识别、检测和选用压电陶瓷片的频率特性曲线如图４-５所示.谐振频率f０与复合振动片的直径D呈指数关系,由图４-５(a)可知,D越大,低频特性越好.压电陶瓷片的阻抗Z由d/D决定,由图４-５(b)可知,阻抗随d/D的增大而降低.２.压电陶瓷片的驱动压电陶瓷片的驱动方式有自激振荡式驱动和他激振荡式驱动两种.自激振荡式驱动的电路原理是通过晶体管放大器提供正反馈,构成压电晶体振荡器,使压电陶瓷片工作在谐振频率f０上而发声.这时压电陶瓷片阻抗较低,输出音量由输入电流控制,因此这种驱动方式也称为电流驱动型.上一页下一页返回任务一压电陶瓷片的识别、检测和选用他激振荡式驱动的电路原理是利用方波(或短波)振荡器来发声,此时压电陶瓷片工作在谐振频率f０外的频率上,阻抗较高,输入电流较小,因此也称为电压驱动型.３.压电陶瓷片的检测将万用表拨到直流电压２.５V挡,左手食指与拇指轻轻捏住压电陶瓷片的两面,右手持万用表的表笔,红表笔接金属片,黑表笔横放在陶瓷表面上,然后左手拇指和食指稍用力压一下,随后放松,这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号,使万用表的指针先向右摆,接着回零,随后向左摆一下,摆幅为０.１０~０.１５V,摆幅越大,说明灵敏度越高.若指针静止不动,说明压电陶瓷片内部漏电或破损.上一页返回任务二简易警戒区报警电路制作１.压电陶瓷片的选用简易警戒区报警电路中的压电陶瓷片选用HTD２７A－１压电陶瓷片.２.制作步骤、方法和工艺要求(１)对照元器件清单清点元器件数量,检测NTC型１０kΩ热敏电阻的质量好坏.(２)按照图４-６制作电路.集成电路５５５定时器使用集成电路插座安装,集成电路插座焊好后再安装５５５定时器.每个元器件摆放应以５５５定时器为中心,靠近所连接的５５５定时器管脚进行摆放.元器件摆放要整齐,连接导线要横平竖直,焊点要大小均匀、圆滑且有光泽.(３)将连接扬声器的导线焊接到电路板上.(４)扬声器通过连接导线进行连接.(５)检查无误后进行通电调试.下一页返回任务二简易警戒区报警电路制作３.HTD２７A－１压电陶瓷片使用注意事项(１)压电陶瓷片买来时就一个圆形片,在使用时要焊上合适的电极引线.焊接的引线最好用多股软电线,不能用太硬、太粗的电线,以免影响发音效果.(２)焊接前,先检测压电陶瓷片的外观.如果金属片的焊点有污物,需用小刀轻刮.切记:镀银面千万不能用小刀刮,如果刮掉了镀银面,就不能再焊接了.(３)焊接时,电烙铁功率应小于或等于２０W,在边缘的金属基片上焊接引线的时间不得超过３s,在中间的镀银面上焊接引线的时间不得超过１s,否则极容易烫坏压电陶瓷层及其镀银层.上一页下一页返回任务二简易警戒区报警电路制作(４)在镀银面上焊接引线时,如果烙铁头在焊点上停留的时间过长,已经出现了浅黄(灰)色的陶瓷,则不能再在此处焊接,可以换一处重新焊接.(５)焊接时,焊点要选在靠近压电陶瓷片的圆片边缘处,尽可能不选在中间位置.(６)构成压电陶瓷片的陶瓷材料又薄又脆,在使用过程中要轻拿轻放,防止跌落、剧烈撞击或敲打.简易警戒区报警电路如图４-６所示.上一页返回任务三简易警戒区报警电路调试１.电路组成(１)振动传感接收和高灵敏度放大电路:由HTD、VT、Rp组成.通过Rp调节VT栅极偏压,从而调节放大器增益.(２)单稳态延时电路:由IC１(５５５定时器)、R４和C３组成,其延时t＝１.１R３.C４≈２min.常态时,IC１的３脚输出低电平;当压电陶瓷片接收到振动信号时,经VT放大后输出,触发单稳态电路并使其翻转,３脚输出高电平.此时,电路进入暂稳态,电源通过R４向C３充电,充电２min后,C３充电电压升高到６脚的阈值电平,触发器自动翻转,３脚恢复低电平,电路又进入稳态.下一页返回任务三简易警戒区报警电路调试(３)音频振荡器:由IC２(５５５定时器)、R５、R６、C４组成.常态时,因为IC２的３脚输出低电平,振荡器不工作;当IC２的３脚输出高电平时,振荡器开始工作,发出报警声.该振荡器的振荡频率取决于R５、R６与C４的数值,本电路约为４.８kHz.想要获得不同的振荡频率和报警声,改变R５、R６及C４的数值即可.２.调试步骤(１)调节Rp至中间位置,接通电源,用手指敲击压电陶瓷片,听是否有报警声音.若无报警声,则往下调节Rp,使其阻值减小,调到一个点,就用手指敲击一下压电陶瓷片,听是否报警.(２)若还无报警