压电式传感器测量加速度
压 电 式 加 速 度 测 试 系 统
姓 名： 张书峰 学 号： [1**********]5 学院： 机电学院 班 级 ： 机自101 指导教师 ： 王玮
一 设计概论
压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等
现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路 (信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的
关系可用右框图来表示。
其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位
置。它获得信息的正确与否，直接影响到整个测量系统的测量效果。测量电路的作用是把传感器的输
出
变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。 常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2
二 整体设计方案 1、测量的示意图
2、设计的原理
压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。
3、方框图
三 测试与处理电路设计
1、测量电路
上图显示了加速度传感器的结构.它具有两块X切向石英晶体,若对畕体施加压力则在中心电极上产生的电荷是叠加的，由环状弹賛施加的机槭顶载必须比预期沿向上方向所施最大加速度力要大。晶体的两外表面与壳罩相连因而处于低电位.此传感器具有0.62pC/g的输出，并在15kHz左右发生最低频率谐振。两晶体的电容仅有几个pF.从而与任一长度的电缆电容相比均可忽略不计。传感器重约250~300 g, 可用螺栓固定=加上电缆.若总电容是500 pF.则开路输出电压是
2、放大电路
3、A\D转换电路
四 整机电路介绍
压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式传感器在测量上灵敏度比较高，因此，在现代生产生活中被应用于许许多多的方
面，如提电脑的硬盘抗摔保护，目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。
五 总结与展望
压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式传感器在测量上灵敏度比较高，因此，在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如提电脑的硬盘抗摔保护，目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。
本文研究设计的压电式传感器测量加速度采用了通用的电子元器件，随着现代科技的发展，传感器的应用也越来越重要，无论是那种传感器在今后的生活中一定是必不可少的应用元件。在现代的军事，家电，汽车，都离不开传感器的应用。因此我们要在以后的学习中更加努力，真正学好这门技术。
参考文献
[1]《传感器的理论与设计基础及其应用》单成祥 国防工业出版社
[2]《压电式加速度传感器的结构改进与设计》叶伟国 沈国伟 绍兴文理学院
[3]《传感器原理设计与应用》 刘迎春 叶湘滨 编著国防科技大学出版社
[4]《一种用于涡街流量计的差分电荷放大器的研制》刘三山 徐科军 朱志海 合肥工业大学
[5]《传感器原理及应用》杨利军 中南大学出版社