自动检测技术教案——压电式传感器.docx

自动检测技术教案——压电式传感器.docx第六章压电式传感器>教学要求掌握压电效应的基本概念。熟悉压电材料的分类及特性。了解压电元件的等效电路。熟悉压电传感器的应用。掌握振动的基本概念和测振传感器分类熟悉压电式振动加速度传感器的结构和性能指标了解振动的频谱分析>教学手段多媒体课件、实物演示>教学课时3学时>教学内容:第一节压电式传感器的工作原理一、 压电效应(举敦煌鸣沙山的例子)在品体的弹性限度内,压电材料受力后,其表而产纶的电荷Q与所施加的力F成正比,公式的实际应用的意义: Q=dFx(6-1)式中d的意义:压电常数。图6-1:压电效应的示意图(动画)。二、 压电材料的分类及特性压电式传感器中的压电元件材料分类:一类是压电晶体(单晶体);另一类是经过极化处理的压电陶瓷(多晶体);第三类是高分了压电材料。(一) 石英晶体石英品体特点:性能非常稳定(讨论石英手表)、自振频率高、动态响应好、机械强度高、绝缘性能好、迟滞小、重复性好、线性范围宽等。(二) 压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料,它由无数细微的电畴组成。常用的压电陶瓷材料主要冇以下儿种:(观看实物)皓钛酸铅系列压电陶瓷(PZT)非铅系压电陶瓷(三) 高分子压电材料:高分子压电材料是一种柔软的压电材料。可根据需要制成压电薄膜或压电电缆套管(实物)等形状。经极化处理后就显现出电压特性。讨论特点:不易破碎,具有防水性,可以大量连续拉制。讨论使用场合:在一些不要求测量精度的场合,例如水声测量,防盗、振动测量等领域中获得应用。第二节压电式传感器的测量转换电路一、 压电元件的等效电路(了解)压电元件在承受沿敏感轴方向的外力作用时,就产生电荷,因此它相当于一个电荷发生器,当压电元件表面聚集电荷时,它乂相当于一个以压电材料为介质的电容器,两电极板间的电容为Cao分析;图6-、 电荷放大器压电式传感器输出信号的前置放人器分类:电压前置放人器和电荷放人器两种形式。便携式测振仪(内部包括电荷放大器)的外形:图6-5(实物)。电荷放大器的输出电压分析。第三节压电传感器的应用石英晶体用途:精密测量,多作为实验室基准传感器;压电陶瓷用途:灵敏度较高,机械强度稍低,多用作测力和振动;高分子压电材料用途:定性测量。一、 高分子压电材料的应用1•玻璃打碎报警装置(演示)玻璃破碎时的振动应用:将高分子压电薄膜粘贴在玻璃上,可以感受到这一振动,并将电压信号传送给集中报警系统。图6-6:深圳梢星电子公司生产的高分子压电薄膜振动感应片示意图。压电式周界报警系统(线控报警系统)警戒区域的讨论:当入侵者进入防范区之内时,系统就会发岀报警信号。交通监测将高分子压电电缆埋在公路上,可以判定年速、载荷分布、车型等。图三轴重载卡车载荷分布图。(多媒体演示,计算车速,讨论如何用于判断汽车超载?)二、 压电陶瓷传感器的应用压电式动态力传感器压电式单向动态力传感器的测力范围:一片直径为18mm、厚度为7mm的压电晶片可承受5kN的力,固有振动频率可达数十千赫兹。单向动态力传感器的应用(实物)切削过程中,不刀在切削力的作用F,上下剧烈颤动,将脉动力传递给单向动态力传感器。传感器的电荷变化最由电荷放人器转换成电压,再用记录仪记录下切削力的变化竝。第四节振动测量及频谱分析—、振动的基本概念振动的概念:物体围绕平衡位置作往复运动。振动分类:从频率范围來分,有高频振动、低频振动