任务3：玻璃破碎报警器的设计

《自动检测技术》

项目4:玻璃破碎报警器的设计

任务3：玻璃破碎报警器的设计压电式传感器

压电效应

某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电的状态。逆压电效应

当沿电介质极化方向对其施加电场，这些电介质会产生几何变形。压电材料的主要特性参数压电常数：衡量压电效应强弱的参数。弹性常数：决定压电器件的固有频率和动态特性。介电常数：其绝缘电阻将减少电荷泄漏，改善压电传感器的低频特性。电阻：居里点温度：压电材料开始丧失压电特性的温度。衡量压电材料机、电能量转换效率的重要参数。机械耦合系数：石英晶体光轴机械轴电轴横向压电效应压电效应纵向压电效应不产生石英晶体石英晶体石英晶体不受外力时沿X轴受力沿Y轴受力石英晶体石英晶体的压电效应演示

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，呈电中性，不具有压电性质。当外加电场增强到一定程度，材料的极化达到饱和程度时，所有电畴极化方向与外电场方向一致，即使外电场去掉，电畴极化方向基本不变，此时材料才具有压电特性。因受力而产生的由机械效应转变为电效应，将机械能转变为电能的现象。正压电效应：d33q=F压电陶瓷的压电系数电荷量压电式传感器基本原理：利用压电材料的压电效应，当有外力作用在压电材料上时传感器就有电荷（或电压）输出压电元件的连接方式：+－+++++++++－－－－++++－并联串联输出电荷大输出电压高在压电式传感器中，常用两片或多片组合在一起使用。由于压电材料是有极性的，因此接法也有两种，如下图所示。图a为并联接法，图中b为串联接法并联接法适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。

串联接法适宜用于以电压作为输出信号，且测量电路

输入阻抗很高的场合。压电式传感器压电传感器的应用当受到外力作用时，它将产生弹性形变，将力传递到石英晶片上，利用石英晶片的压电效应实现力—电转换。压电式测力传感器它的测力范围是0～50N，最小分辨率为0.01N，绝缘阻抗为，固有频率为50～60kHz。非线性误差小于±1%。整个该传感器重为10g，可用于机床动态切削力的测量。压电式测力传感器压电加速度传感器当传感器与被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可认为质量块的惯性很小，因此，质量块与传感器基座感受到相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力为传感器输出的电荷与作用力成正比，即压电加速度传感器压电加速度传感器它的主要优点是；灵敏度高、体积小、重量轻、测量频率上限较高、动态范围大。但易受外界干扰，在测试前需进行各种校验。YD型压电式加速度传感器压电加速度计是以压电晶体做敏感件。体积小、重量轻、输出信号大，固有频率高，可用于测量振动、冲击等信号。其外形见下图。

6100系列压电加速度计

HZ-9508型测振表是用于旋转机械进行振动测量、简易故障诊断的一种便携式数字显示测振表，用YD型压电式加速度传感器作为表头。它除了可测量一般机械振动产生的加速度、速度、位移等参数外，还具有测量齿轮、轴承故障产生的高频加速度值的功能，并具有低电压监测功能。其外形结构如右图所示。HZ-9508型测振表

压电元件用来感知玻璃受到撞击时产生的振动波，外形及内部电路见下图所示。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使用时，将传感器用胶粘贴在玻璃上，然后通过电缆和报警电路连接。R3906V红色VT3DJ6HGVD1VD2SPDsC0.022μF压电传感开关电路压电传感开关电路中，vT采用场效应管3DJ6H，SP采用压电陶瓷片。接通电源时，电容器C极板两端电压为零，与之相连的场效应管控制栅极板G的偏压为零，这时vT（），红色发光二极管（）。当用小的物体从10cm高度自由落下砸到压电陶瓷片上时，SP产生负向脉冲电压，通过二极管vD1向电容器C充电，vT的控制极加上负偏压，并超过3DJ6H所需的夹断电压-9v，这时vT（），红色发光二极管（）二极管vD2旁路SP在碰撞结束后，随着电容器C上电压由于元器件漏电而逐渐降低，小于夹断电压，vT处于（）状态，产生漏源电流，红色发光二极管逐渐（），最终电路恢复到初始状态。压电传感开关电路晶体管声、光控开关电路1、原理电路图

压力监测电路的设计与制作

车内胎被锐物扎破漏气部位的气流声被传声器BM接收，转换成电信号，经电容C2耦合到晶体三极管VT放大，再经耦合电容C3、C4并由电位器RP选择音量后，由SL31集成功率放大器充分放大，由耳机BE放音。选用SL31(或LA4101)低电压集成功率放大电路，其使用电压可在2—4.5V间选择，现用3V工作电源。

压力监测电路的设计与制作2、制作与调试印制板参考尺寸为65mm×55mm，可自制。电路板可安装在小盒内，传声器BM由屏蔽传声器线单独引出，线长1.2m。在印制电路板非铜箔面装上电池夹。SL31集成功率放大器焊在铜箔面。元器件全部焊装后，装上两节电池，旋动电位器RP的拨盘，闭合电源开关，把电位器旋到约1／3位置处，耳机BE中有极轻微的“沙沙”声。压力监测电路的设计与制作

如有“扑扑”声出现，说明有自激现象，可调节电阻R5，减小SL31集成功率放大器的增益，试试能否消除。