传感器ch5 压电式传感器及其应用

1、第5章 压电式和超声波传感器及其应用1压电陶瓷驱动器压电陶瓷驱动器 压电陶瓷超声传感器压电陶瓷超声传感器 压电陶瓷超声雾化片压电陶瓷超声雾化片 压电陶瓷蜂鸣片压电陶瓷蜂鸣片 压电陶瓷大功率超声换能器压电陶瓷大功率超声换能器 一次性塑料打火机一次性塑料打火机 第5章 压电式和超声波传感器及其应用2转换原理：转换原理：基于某些介质材料的压电效应特点：特点：体积小, 重量轻, 工作频带宽等应用：应用：各种动态力、 机械冲击与振动的测量, 以及声学、 医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。压电式传感器和超声波传感器压电式传感器和超声波传感器力敏元件，能力敏元件，能测量最终能变测量最终能变换为力

2、的那些换为力的那些物理量，例如物理量，例如压力、应力、压力、应力、加速度等加速度等第5章 压电式和超声波传感器及其应用35.1 压电式传感器压电式传感器 一、晶体的压电效应及压电材料一、晶体的压电效应及压电材料 1. 压电效应压电效应一些电介质，在受到一定方向的外力作用而变形时，内部产生极化现象，而在其表面产生电荷，当去掉外力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转机械能转换成电能换成电能的现象，称为正压电效应，又称为压电效应。第5章 压电式和超声波传感器及其应用4n 作用力方向改变作用力方向改变电荷极性改变电荷极性改变n 压电效应是可逆的压电效应是可逆的n 双向有源传感器双向有源传感器n 体

3、积小、重量轻体积小、重量轻n 结构简单、工作可靠结构简单、工作可靠n 频响宽频响宽n 压电效应特点：压电效应特点：n逆压电效应：在电介质极化方向施加电场，则介质会发逆压电效应：在电介质极化方向施加电场，则介质会发生相应的变形的现象，又称为电致伸缩效应生相应的变形的现象，又称为电致伸缩效应电能电能机械能机械能第5章 压电式和超声波传感器及其应用52. 压电方程和压电常数压电方程和压电常数 石英晶体组成及外形：石英晶体组成及外形：化学式为SiO2, 单晶体结构 外形：外形： 正六面体正六面体 各向异性：各向异性：光学轴（基准轴，光学轴（基准轴，Z轴）：该方向没有压轴）：该方向没有压电效应，光沿该方

4、向电效应，光沿该方向通过没有双折射现象通过没有双折射现象电轴（电轴（X轴）：轴）：垂直于该轴的垂直于该轴的表面上压电效表面上压电效应最强。应最强。机械轴（机械轴（Y轴）：在轴）：在电场作用下，该轴方电场作用下，该轴方向的机械变形最明显向的机械变形最明显第5章 压电式和超声波传感器及其应用6从晶体上沿 y 方向切下一块晶片, a、b晶体切片长度和厚度。 分别沿分别沿x、y、z三个方向以及围绕三个方向以及围绕X、Y、Z三个轴向方三个轴向方向的切向作用施加作用力时，会有何现象发生？向的切向作用施加作用力时，会有何现象发生？ 厚度受压型厚度受压型长度受压型长度受压型厚度切变型厚度切变型平面切变型平面切

5、变型第5章 压电式和超声波传感器及其应用7+-XYP1P2P3u受到受到Z方向的力方向的力没有压电效应产生没有压电效应产生正、负离子分布在正六边形的正、负离子分布在正六边形的顶角上顶角上, 形成三个互成形成三个互成120夹角的电偶极矩夹角的电偶极矩P1、 P2、P3。在与电轴在与电轴 x 垂直的平面上将产生电荷垂直的平面上将产生电荷, 其大小为其大小为 qx = d11 fx 式中式中: d11x方向受力的压电系数方向受力的压电系数(晶体承受单位晶体承受单位力作用时所产生的电荷量力作用时所产生的电荷量 ); fx作用力。作用力。 +-XYP1P2P3u受到受到X方向的力方向的力纵向压电效应纵向

6、压电效应沿机械轴沿机械轴y方向施加作用力方向施加作用力fy, 在与在与x轴垂直的平面上产生轴垂直的平面上产生电荷电荷qy, 其大小为其大小为 式中式中: d12y轴方向受力的压电系数轴方向受力的压电系数, d12=-d11; +-XYP1P2P3u受到受到y方向的力方向的力横向压电效应横向压电效应第5章 压电式和超声波传感器及其应用10 x(1)y(2)z(3)x(1)y(2)z(3)456i(ii(i=1,2,3):=1,2,3):表示晶体的极化方向，即在表示晶体的极化方向，即在i i面上产生电荷。面上产生电荷。1 1、2 2、3 3分别表示垂直于分别表示垂直于x x、y y、z z轴的晶片

7、表面轴的晶片表面j(jj(j=1,2,3,4,5,6):1=1,2,3,4,5,6):1，2 2，3 3表示沿表示沿x,y,zx,y,z方向作用的单向应力方向作用的单向应力；4 4，5 5，6 6表示在表示在yz,zx,xyyz,zx,xy平面上承受的剪切应力平面上承受的剪切应力n压电方程压电方程用数字下标表示压电晶体平面或受力方向，即用用数字下标表示压电晶体平面或受力方向，即用1、2、3分别表示分别表示X、Y、Z三个轴的方向，而以三个轴的方向，而以4、5、6表示围绕表示围绕X、Y、Z三个轴向方向的三个轴向方向的切向作用切向作用 。dij下标含义：下标含义：符号的约定：符号的约定：同时对压电转

8、换元件的同时对压电转换元件的X、Y、Z三个轴的方向上用三个轴的方向上用拉拉(压压)力，对力，对YZ、XY、XZ平面上作用切向应力，平面上作用切向应力，则各平面的则各平面的电荷密度电荷密度可用可用数学式表示如下：数学式表示如下： 式中式中1、2、3Ax、Ay、Az各对平面上的电荷密度；各对平面上的电荷密度；1、2、3Ax、Ay、Az平面上作用的轴向应力；平面上作用的轴向应力；23、31、12切向应力；切向应力；dij压电压电系数系数 第5章 压电式和超声波传感器及其应用12 121324356D压电方程的矩阵形式压电方程的矩阵形式式中：式中：压电系数矩阵压电系数矩阵 第5章 压电式和超声波传感器

9、及其应用133、压电陶瓷的压电效应、压电陶瓷的压电效应压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，内部晶粒有压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，内部晶粒有许多自发极化的电畴，有一定的极化方向，从而存在许多自发极化的电畴，有一定的极化方向，从而存在电场电场.在无外电场作用时在无外电场作用时, 电畴在晶体中杂乱分布电畴在晶体中杂乱分布, 它们它们的极化效应被相互抵消的极化效应被相互抵消, 压电陶瓷内极化强度为零。因压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性此原始的压电陶瓷呈中性, 不具有压电性质。不具有压电性质。原始压电陶瓷材料原始压电陶瓷材料 “电畴电畴”无序排列，没有压电性无序排列，没有压电性第

10、5章 压电式和超声波传感器及其应用14极化处理极化处理E极化方向压电陶瓷材料存在剩余极化强度压电陶瓷材料存在剩余极化强度P第5章 压电式和超声波传感器及其应用15 极化处理后陶瓷材料内部存在极化处理后陶瓷材料内部存在很强的剩余极化很强的剩余极化, 当陶瓷材当陶瓷材料受到外力作用时料受到外力作用时, 电畴的界限发生移动电畴的界限发生移动, 电畴发生偏转电畴发生偏转, 从而从而引起剩余极化强度的变化引起剩余极化强度的变化, 因而在垂直于极化方向的平面上将因而在垂直于极化方向的平面上将出现极化电荷的变化。这种因受力而产生的由机械效应转变出现极化电荷的变化。这种因受力而产生的由机械效应转变为电效应为电

11、效应, 将机械能转变为电能的现象将机械能转变为电能的现象, 就是就是压电陶瓷的正压压电陶瓷的正压电效应电效应。电荷量的大小与外力成正比关系。电荷量的大小与外力成正比关系: q = d33 F 式中式中: d33 压电陶瓷的压电系数压电陶瓷的压电系数; F作用力。作用力。压电陶瓷的压电系数比压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多石英晶体的大得多, 所所以采用压电陶瓷制作的以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度压电式传感器的灵敏度较高。较高。第5章 压电式和超声波传感器及其应用16压电陶瓷材料压电陶瓷材料: 早期：早期：钛酸钡钛酸钡（BaTiO3）。碳酸钡）。碳酸钡+二氧化钛混合烧结。二氧化钛混合

12、烧结。压电系数约为石英的压电系数约为石英的50倍倍, 使用温最高只有使用温最高只有70, 温度稳定性温度稳定性和机械强度都不如石英。和机械强度都不如石英。 目前：目前：锆钛酸铅锆钛酸铅（PZT系列）系列）, 钛酸钡（钛酸钡（BaTiO3)+锆酸铅锆酸铅（PbZrO3）组成。有较高的压电系数和较高的工作温度。）组成。有较高的压电系数和较高的工作温度。 第5章 压电式和超声波传感器及其应用17u压电材料的主要特性参数压电材料的主要特性参数: 压电常数压电常数:衡量材料压电效应强弱的参数, 表征压电输出的灵敏度。 弹性常数：弹性常数：决定着压电器件的固有频率和动态特性 介电常数：介电常数：压电元件的

13、固有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限 机电耦合系数：机电耦合系数：衡量压电材料机电能量的转换效率，定义为输出与输入能量比值的平方根。居里点：居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点电阻：电阻：压电材料的绝缘电阻4. 压电材料压电材料第5章 压电式和超声波传感器及其应用18u常见的压电材料常见的压电材料石英晶体：石英晶体：最早应用的压电材料，是最重要的也是用量最大的振荡器、谐振器和窄带滤波器等元件的材料 不需要人工极化不需要人工极化 没有热释电效应没有热释电效应 介电常数、压电常数的温度稳定性好介电常数、压电常数的温度稳定性好 居里点温度达：居里点温度达：57

14、30c压电材料开始丧失压电性能的温度压电材料开始丧失压电性能的温度第5章 压电式和超声波传感器及其应用19压电陶瓷：压电陶瓷：当前常用的压电陶瓷是锆钛酸铅(PZT)。此外,氧化锌和氮化铝等压电薄膜已是当今微波器件的关键材料。 新型压电材料新型压电材料:压电晶体和压电陶瓷都是脆性材料,而以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表的压电高聚物薄膜压电高聚物薄膜,压电性强,柔性好 压电常数比石英晶体大十几倍 柔性和加工性能好 声阻抗与水、人体肌肉接近 热稳定性好压电复合材料：压电复合材料：用压电陶瓷和高聚物复合而成第5章 压电式和超声波传感器及其应用20二、压电式传感器等效电路和测量电路二、压电式传感器等效电

15、路和测量电路 1、压电式传感器等效电路、压电式传感器等效电路当压电片受力时在一个极板上聚集正电荷，另一个极板当压电片受力时在一个极板上聚集正电荷，另一个极板上聚集负电荷，两种电荷量相等，如图上聚集负电荷，两种电荷量相等，如图5.3所示。两极板所示。两极板聚集电荷，中间为绝缘体，使它成为一个电容器。聚集电荷，中间为绝缘体，使它成为一个电容器。0/arCS h q第5章 压电式和超声波传感器及其应用21CdCdUUqCd(a)(b)aCaCaC电荷发生器电荷发生器：当传感器受外力作用，在电极上产生电荷，：当传感器受外力作用，在电极上产生电荷，可以把压电式传感器等效为一个电荷源与一个电容并联的可以把

16、压电式传感器等效为一个电荷源与一个电容并联的电荷发生器。电荷发生器。图图5.4压电加速度传感器等效电路压电加速度传感器等效电路 (a)等效电荷源；等效电荷源；(b)等效电压源等效电压源 电压源：电压源：压电式传感器也可等效为一个电压源和一个压电式传感器也可等效为一个电压源和一个电容串联的电容串联的电压源电压源。 dqUCaC第5章 压电式和超声波传感器及其应用222、压电式传感器测量电路、压电式传感器测量电路压电传感器特点：阻抗很高，输出能量较小压电传感器特点：阻抗很高，输出能量较小解决办法：接入高输入阻抗的前置放大器解决办法：接入高输入阻抗的前置放大器把高输出阻抗变换为低输出阻抗；把高输出阻

17、抗变换为低输出阻抗；放大传感器输出的微弱信号。放大传感器输出的微弱信号。压电传感器的输出信号：压电传感器的输出信号：电压信号电压信号电荷信号电荷信号电压放大器电压放大器电荷放大器电荷放大器第5章 压电式和超声波传感器及其应用23(1) 电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）图图5.5（a）、（）、（b）是电压放大器电路原理图及其等效电路。）是电压放大器电路原理图及其等效电路。iaRRR/ /eieiCCCCCRa压电元件漏电阻压电元件漏电阻Ce连接电缆电容连接电缆电容Ri、 Ci放大器输入放大器输入阻抗、电容阻抗、电容KUaCaRaCeCiRiKUaCaRCaaadFqUccUi第5

18、章 压电式和超声波传感器及其应用24sinsinammaduFwtUwtCsinmfFtsinmfFt由此可得放大器输入端电压由此可得放大器输入端电压Ui，其复数形式为，其复数形式为: ()1()aaiaUjwRCUjwR CC331()iad FjwRUjwR CCKUaCaRCUi第5章 压电式和超声波传感器及其应用253321()miaeid FRUR CCC)(21ieaCCCtg幅值幅值:相位差相位差:1aciCCC R当33mimaeid FUCCC前置放大器输入电压前置放大器输入电压Uim与频率无关与频率无关 (一般一般认为认为/03时，时， 就可就可以认为以认为Uim与与无关无

19、关 )01/)aeiR CCC（第5章 压电式和超声波传感器及其应用26/ 000901.0UimUam0.51234KUaCaRCUi第5章 压电式和超声波传感器及其应用27讨论：讨论： =0（静态量），静态量），Uim/Uam=0（输入电压为零）由于由于电荷泄漏电荷泄漏，所以，所以不能测量静态量不能测量静态量 / 0 3（高频情况），高频情况），Uim/Uam1，实际接近理想输入电压与作用力频率无关输入电压与作用力频率无关0一定，一定，越高，高频响应越好越高，高频响应越好 对低频测量情况：对低频测量情况： 0一定，偏差越大所以要求所以要求0要小，扩大要小，扩大 低频响应范围低频响应范围 输

20、出电压灵敏度受电缆分布电容影响第5章 压电式和超声波传感器及其应用28电路特点电路特点 电路简单、元件少、体积小 电路可靠、价格低 电缆长度有限（1.2m),不能更换第5章 压电式和超声波传感器及其应用29(2) 电荷放大器电荷放大器电荷放大器常作为压电传感器的输入电路电荷放大器常作为压电传感器的输入电路, 由一个反馈电容由一个反馈电容Cf和高增益运放构成和高增益运放构成, 当略去当略去Ra和和Ri并联电阻后并联电阻后, 电荷放大器电荷放大器可用图示等效电路可用图示等效电路RfkUoCfCiCcCaqUi第5章 压电式和超声波传感器及其应用30RfkUoCfCiCcCaqUi第5章 压电式和超

21、声波传感器及其应用31结论：结论：电荷放大器输出与电缆电容无关(电缆长达电缆长达1km,电电 缆可更换缆可更换)第5章 压电式和超声波传感器及其应用32三、三、 压电传感器应用压电传感器应用 根据压电传感器所检测的非电量种类，压电根据压电传感器所检测的非电量种类，压电传感器的典型结构有压电式力传感器压电式传感器的典型结构有压电式力传感器压电式压力传感器、压电式加速度传感器以及压电式压力传感器、压电式加速度传感器以及压电式声发射传感器等。声发射传感器等。第5章 压电式和超声波传感器及其应用331 压电式加速度传感器压电式加速度传感器 基座基座壳体预紧预紧弹簧质量块压电片基座基座压电加速度传感器又

22、称压电加速度计或压电加速度表。压电加速度传感器又称压电加速度计或压电加速度表。压电加速度传感器广范用于检测导弹，飞机，车辆等的压电加速度传感器广范用于检测导弹，飞机，车辆等的冲击和振动冲击和振动 第5章 压电式和超声波传感器及其应用34 当振动频率远低于传感器的固有共振频率时当振动频率远低于传感器的固有共振频率时,传感器的输传感器的输出电荷出电荷(电压电压)与作用力成正比。电信号经前置放大器放与作用力成正比。电信号经前置放大器放大大,即可由一般测量仪器测试出电荷即可由一般测量仪器测试出电荷(电压电压)大小大小,从而得知从而得知物体的加速度。物体的加速度。 质量块质量M压电片质量m，有： q=d

23、33Ma a=g(重力加速度)时得到的电荷q值,常称为灵敏度,单位记为C/g,即灵敏度为一个g产生的电荷（灵敏度的电荷灵敏度的电荷表示法表示法）。灵敏度亦可用开路输出电压表示：33dqUd MaC可得灵敏度的电压表示法（V/g）第5章 压电式和超声波传感器及其应用35常见压电加速度传感器的结构 质量块外壳压电元件基座基于厚度变形基于厚度变形灵敏度高灵敏度高频响好频响好对环境影响（基座变形、对环境影响（基座变形、应变、温度变化、声噪声）应变、温度变化、声噪声）比较敏感比较敏感压缩型压缩型第5章 压电式和超声波传感器及其应用36 剪切式压电传感器剪切式压电传感器容易小型化,有很高的固有频率,所以频

24、响范围宽,适于测量高频振动。但是,由于压电元件、金属圆柱以及惯性质量环之间粘结较难,装配成功率较低。 剪切型剪切型环型剪切环型剪切灵敏度高灵敏度高横向灵敏度小横向灵敏度小受环境影响小受环境影响小频响高频响高尺寸小、重量轻尺寸小、重量轻第5章 压电式和超声波传感器及其应用37 弯曲式压电加速度传感器弯曲式压电加速度传感器固有共振频率低,灵敏度高,适用于低频测量。缺点是体积大,机械强度较前两种差。第5章 压电式和超声波传感器及其应用38 采用不同的结构设计和选用不同性能的压电材料,可以得到满足各种使用要求的压电加速度传感器。表给出了三种基本结构的加速度传感器的一般性能。 第5章 压电式和超声波传感

25、器及其应用39一种压电加速度传感器的外形第5章 压电式和超声波传感器及其应用40 当压电式传感器与测量电路配合使用时,方块图如图所示。这样在等效电路中就必须将前置放大器的输入电阻Ri、输入电容Ci,以及低噪声电缆的电容Cc包括进去。前置放大器测量仪表压电式传感器第5章 压电式和超声波传感器及其应用412 压电谐振式传感器压电谐振式传感器 压电谐振式传感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化而变化被测物理量变化而变化进行测量的。压电晶体振荡电路压电晶体振荡电路 可用于测应力，应变，压力，可用于测应力，应变，压力，角速度，加速度，温度，湿度，角速度，加速度，温度

26、，湿度，流速及浓度等物理量，以数字流速及浓度等物理量，以数字输出。输出。第5章 压电式和超声波传感器及其应用423. 压电式压力传感器压电式压力传感器图示为压电式压力传感器结构图。由石英晶片、膜片、薄壁图示为压电式压力传感器结构图。由石英晶片、膜片、薄壁管、外壳等组成。石英晶片由多片叠放在薄壁管内，并由拉管、外壳等组成。石英晶片由多片叠放在薄壁管内，并由拉紧的薄壁管对石英晶片加预载力。感受外部压力的是位于外紧的薄壁管对石英晶片加预载力。感受外部压力的是位于外壳和薄壁管之间的膜片，它由挠性很好的材料制成。膜片式壳和薄壁管之间的膜片，它由挠性很好的材料制成。膜片式压力传感器的优点是动静态特性好，结

27、构紧凑。压力传感器的优点是动静态特性好，结构紧凑。芯体外壳晶片组电极预紧筒膜片第5章 压电式和超声波传感器及其应用434、 压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器 BSD2压电式传感器是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。 传感器的最小输出电压为 100 mV, 最大输出电压为 100 V, 内阻抗为 1520 k。 第5章 压电式和超声波传感器及其应用44报警器的电路框图见上图

28、 。 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。 第5章 压电式和超声波传感器及其应用455.2 超声波传感器超声波传感器声波：声波：频率在频率在202104Hz之间，能为人耳所闻的机械波；之间，能为人耳所闻的机械波；次声波：次声波：低于低于20Hz的机械波；的机械波；超声波：超声波：高于高于2104

29、Hz的机械波称为；的机械波称为；当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在异质界面上会产生质中的传播速度不同，在异质界面上会产生反射、折射反射、折射等等现象。现象。超声波传感器（超声波探头），是实现声电转换的装置超声波传感器（超声波探头），是实现声电转换的装置（超声换能器）：能够发射超声波，也可以接收超声回波，（超声换能器）：能够发射超声波，也可以接收超声回波，并转换成电信号。并转换成电信号。一、超声波传感器原理与种类一、超声波传感器原理与种类第5章 压电式和超声波传感器及其应用46压电陶瓷超声波传感器结构压电陶瓷

30、超声波传感器结构：由两个压电元件叠合在一起构成。：由两个压电元件叠合在一起构成。两个压电元件结构称双压电晶片，一个压电元件结构称单压电两个压电元件结构称双压电晶片，一个压电元件结构称单压电晶片。如果超声波入射到压电晶片上，压电元件就会产生电压。晶片。如果超声波入射到压电晶片上，压电元件就会产生电压。反之，把电压加到压电元件上也会产生超声波。反之，把电压加到压电元件上也会产生超声波。二、超声波传感器结构二、超声波传感器结构第5章 压电式和超声波传感器及其应用47三、超声波传感器等效电路三、超声波传感器等效电路等效等效LCR串并联谐振电路串并联谐振电路容性容性感性感性串联谐振频率串联谐振频率并联谐

31、振频率并联谐振频率第5章 压电式和超声波传感器及其应用48四、超声波传感器类型四、超声波传感器类型通用型超声波传感：通用型超声波传感：带宽一般为几千赫磁；带宽一般为几千赫磁；宽带型超声波传感器：宽带型超声波传感器：宽带型超声波传感器在工作带宽带型超声波传感器在工作带宽内具有两个谐振频率，其频率特性相当于两种传感器宽内具有两个谐振频率，其频率特性相当于两种传感器的组合，在很宽频带范围内具有较高灵敏度；的组合，在很宽频带范围内具有较高灵敏度； 密封型超声波传感器：密封型超声波传感器：密封型超声波传感器对环境的密封型超声波传感器对环境的适应性较强，可应用于汽车后方检测物体的装置；适应性较强，可应用于

32、汽车后方检测物体的装置；高频型超声波传感器：高频型超声波传感器：中心频率高于中心频率高于100kHz。第5章 压电式和超声波传感器及其应用49五、超声波传感器驱动及接收电路五、超声波传感器驱动及接收电路第5章 压电式和超声波传感器及其应用50第5章 压电式和超声波传感器及其应用51检测的反射波从发射到接收要经过一段距离，能量衰减检测的反射波从发射到接收要经过一段距离，能量衰减较大，超声传感器接收到的信号极其微弱，因此一股要较大，超声传感器接收到的信号极其微弱，因此一股要接高增益放大器、高速运放，精度与失真度也有一定的接高增益放大器、高速运放，精度与失真度也有一定的要求。如果一级运放增益不够，可

33、再增加一级，每级运要求。如果一级运放增益不够，可再增加一级，每级运放的增益小于放的增益小于100倍即可。倍即可。 运放运放第5章 压电式和超声波传感器及其应用52采用采用LM733视频放大视频放大器器的接收电路。的接收电路。LM733的增益，可设的增益，可设定为定为l0、100、400倍，倍，但增益越高，输入阻但增益越高，输入阻抗越低，一般使用设抗越低，一般使用设为为100倍。倍。LM733的输入、输出都为差动式，为把差动输出电压变的输入、输出都为差动式，为把差动输出电压变为单端输出电压，采用了增益为为单端输出电压，采用了增益为20倍的变压器倍的变压器Tl。电路。电路中中VD1、VD2及稳压管

34、及稳压管VD3、VD4用于保护。电路中用于保护。电路中T1也可用运放替代。也可用运放替代。 第5章 压电式和超声波传感器及其应用531、超声测距、超声测距超声测距原理：超声测距原理：2/ctd 被测距离被测距离:c - 声速声速 t - 往返飞行时间往返飞行时间应用：适于大目标、近距离、一般精度测距应用：适于大目标、近距离、一般精度测距 手持测距仪手持测距仪 - 盲人导盲盲人导盲 汽车倒车雷达汽车倒车雷达 - 汽车安全汽车安全 工业应用工业应用 - 超声测量液位、物位超声测量液位、物位特点：超声波束发散，测量范围小特点：超声波束发散，测量范围小 波束聚焦困难，测量精度低波束聚焦困难，测量精度低 测量目标不能太小；测量目标不能太小； 超生探头超生探头被测目标被测目标六、超声波传感器应用六、超声波传感器应用第5章 压电式和超声波传感器及其应用54发送器：由门电路、缓冲器以及脉冲变压器的升压电路组成。发送器：由门电路、缓冲器以及脉冲变压器的升压电路组成。用