《传感器技术及应用(全彩)》工作任务4-3振动类传感器

工作任务四

声电和振动类传感器及应用之三振动类传感器声电效应是指声音传输到物体上，能够产生电（流）效应的作用。一般来说声音强度越强，产生电流越大。除利用一些电磁现象外，压电陶瓷和特殊而半导体材料也是产生声电效应的最好的器件。同样，振动传输到物体上，一些物体同样能够产生电（流）效应，如压电陶瓷等。概述

任务描述无论是声音或是振动，它只是作为传感器的能源，这能量由能源物体（声源或掁源）转换成机械能，再由传感器转换成电能。所以声电和振动类传感器电路是由声源或掁源、能量（机械能）转换器件和控制电路组成的，如下图所示。任务条件声电和振动类传感器电路是以声电和振动类传感器为核心的测量、控制及应用电路，正确选择声电和振动类传感器是实现声电和振动类测量和控制的关键。由于声电和振动类传感器已经把声源（掁源）能转换为电能信息，所以除了声电和振动类传感器，驱动电路是必需的电路。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。振动类传感器是一种将振动机械能转变为电能的器件，通常包括冲击传感器、玻璃破碎传感器、加速度传感器等。

之三振动类传感器

一、应用案例

电路图如下图。1.振动传感器和其它传感器构成的保险柜防盗报警电路振动传感器和其它传感器构成的保险柜防盗报警电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；注意调整电位器RP1、RP2；

（3）特别检查振动传感器BZ1、热敏电阻（负温度系数）传感器RT、水银开关传感器BZ2的质量，它是电路工作和功能实现的关键；安装电路注意事项（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用

由振动传感器（压电陶瓷传感器）BZ1和IC1

LM324的A、B两级运算放大电路组成检测撬、砸保险柜电路，由温度传感器负温度系数热敏电阻RT和IC1的C运算放大电路等组成检测火焰切割保险柜电路，由水银开关传感器BZ2检测搬动保险柜电路。另外由IC2两级或门电路，三极管VT1和继电器JK1、报警器BL1组成报警电路，VT2和继电器JK2、报警器BL2组成值班室报警电路。所以，电路可以完成如下检测：

振动检测：可以检测盗贼用工具撬、砸保险柜。

温度检测：可以检测盗贼用火焰切割等方式打开保险柜。

倾斜检测：可检测保险柜是否因搬动而倾斜。电源电路由变压器T1、整流桥堆IC3、三端稳压集成块IC4

7806和直流6V蓄电池E等组成。

只要有其中一种信号便可以发出大声报警并延时一段时间。该报警器报警时与值班室同步，即使盗贼切断与值班室的连线，值班室也会立即报警。它的电源部分采用外接电源和内电池供电相结合的方法，不怕停电或切断电源。电路工作过程

振动检测工作过程：当受保险柜到振动时，压电传感器BZ1便感应出电压信号，经C1、R1进入IC1的A运算放大器“2”脚后放大，再经IC1的B整形在“7”脚输出一个高电平给IC2的A或门“3”脚。

温度检测工作过程：当保险柜受到调温时，热敏电阻RT的阻值下降，IC1的C运算放大器“9”脚电压低于“10”脚，IC1的C运算放大器“8”脚输出一个高电平给IC2的A或门“4”脚。

倾斜检测工作过程：当保险柜受到倾斜时，水银开关传感器BZ2导通，由电阻R8和R9分压给IC2的A或门“5”脚一个高电平。

IC2的A或门只要有其中一个脚高电平，“6”脚输出一个高电平通过VD2、R11对电容C3充电，IC2的B或门“11、13”电压升高进而使“10”脚输出高电平，使三极管VT1导通，继电器JK1吸合，报警器BL1通电后发出报警信号。而三极管VT2的基极由于继电器JK1的吸合而成高电平（继电器JK1未吸合时，三极管VT2基极接地为低电平），VT2导通，继电器JK2吸合，值班室报警器BL2通电后也发出报警信号。二、知识链接

压电陶瓷式符号与标称

符号如图所示，一般可以用字母BZ作标称。

压电陶瓷式结构、性能与原理压电陶瓷式传感器是利用锆钛酸钻或铌镁酸铅压电陶瓷配料制成的。常见的压电陶瓷片都加工成很薄的圆片形状，在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再将陶瓷片同心地粘在圆形弹性铜片的面上，压电陶瓷传感器结构和实物如图所示。

压电陶瓷片结构压电陶瓷传感器实物图压电陶瓷片是靠压电效应效应进行声电转换的。当压电陶瓷片上受到外力加压时，陶瓷片发生机械变化，使一部分附在陶瓷片表面上的电荷释放出来而产生放电现象，当压力取消后，陶瓷片恢复原状，电极上又吸附一部分电荷出现充电现象。这种由机械能转变为电能的现象称为“正压电效应”，如下图所示。压电陶瓷式基本参数

压电陶瓷片的阻抗一般在10kΩ左右，如果用作声-电传感器时，可以不用阻抗匹配，直接接到放大电路的输入端，但低频响应差。常用压电陶瓷片的主要参数有：谐振频率：压电陶瓷片在外力作用下，输出最大时的外力频率。谐振电阻：压电陶瓷片在外力作用下，输出最大时陶瓷片的阻抗。灵敏度：压电陶瓷片在一定的外力作用下所产生电动势大小。电容量：压电承包单位片极间的电容量。压电陶瓷式检测用万用表R×1k的电阻档量度压电陶瓷片极间电阻值应大约为10kΩ左右，如果测出来的结果是无穷大或为零，说明该压电陶瓷片已经损坏，不能使用。用万用表的直流电压2.5V（或直流电流50μA）档可以检测陶瓷片的灵敏度。把万用表的两表笔分别接在压电陶瓷片的两电极上，然后用手指按压压电陶瓷片，万用表指针会摆动，摆