压电传感器电路仿真.doc

压电式振动测量电路仿真设计设计背景在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。利用压电式传感器进行振动测量，根据压电效应，当传感器和试件以相同频率振动时，可以产生正比于加速度的表面电荷。国内外发展状况传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。压电式传感器的原理压电式传感器（由惯性质量块和受压的压电片等组成）是一种机电换能器，所用的压电片(如天然石英、人工极化陶瓷等)在受到一定的机械荷载时，会在压电片的极化面上产生电荷，其电荷量与所受的载荷成正比。当压电晶体片受力时，晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷，由于晶体片的绝缘电阻很高，因此压电晶体片相当于一只平行板电容器，如图1所示。图1 压电晶体内部等效图其电容量为晶体片上产生的电压量与作用力的关系为 式中：为压电晶体的介电常数；A为晶体片(构成极板)的面积；d为晶体片的厚度；d33为压电系数；F为沿晶轴施加的力。 压电式加速度计的晶体片确定后，d33、d、A都是常数，则晶体片上产生的电压量与作用力成正比。测量时，当加速度计受振动时，传感器与试件固定在一起感受相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，它的2个表面上就会产生交变电荷(电压)。而此交变电荷(电压)又与作用力成正比，因此交变电荷(电压)与试件的加速度成正比。这就是压电式加速度计能够将振动加速度转变成为电量进行测振的原理。 设计所需元器件振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。设计的测量电路图图2调试过程及结果分析将压电传感器装在振动台面上。将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1（如果增益不够大，需接可变增益放大器：Vo1，接R6， V02接低通滤波器）接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。结果分析： 图3 结果波形图当振荡频率大约为12HZ时，产生共振。压电式传感器的测量电路有两种形式1. 电压放大器（阻抗变换器）（a） 放大器电路; （b） 等效电路 图4 压电传感器接放大器的等效电路 2. 电荷放大器 图5 电荷放大器等效电路电压放大器