2023/10/171本章介紹壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)及應(yīng)用、壓電元件、等效電路、電荷放大器、壓電傳感器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，振動(dòng)的基本概念、振動(dòng)傳感器及振動(dòng)頻譜分析等。

第六章壓電傳感器

有一些頁(yè)面的文字較多，

請(qǐng)教師根據(jù)自己的專業(yè)方向做減法。2023/10/172第一節(jié)壓電傳感器的工作原理第二節(jié)壓電傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用第四節(jié)振動(dòng)測(cè)量及頻譜分析第六章壓電傳感器目錄

進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入第一節(jié)壓電傳感器的工作原理壓電式傳感器的特點(diǎn)：是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)電量電測(cè)的目的。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測(cè)量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動(dòng)態(tài)力、動(dòng)態(tài)壓力、振動(dòng)加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量。

現(xiàn)在時(shí)間是：*高職資料咨詢電話、壓電效應(yīng)天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，用金剛石刀具切割出一片正方形薄片。當(dāng)晶體薄片受到壓力時(shí)，晶格產(chǎn)生變形，表面產(chǎn)生電荷，電荷Q與所施加的力F成正比，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。還有一些人造材料也具有壓電效應(yīng)。若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。石英晶體石英晶體的化學(xué)式為SiO2，它的每個(gè)晶胞中有3個(gè)硅離子和6個(gè)氧離子，一個(gè)硅離子和兩個(gè)氧離子交替排列（氧離子是成對(duì)出現(xiàn)的）。沿光軸看去，可以認(rèn)為是正六邊形排列結(jié)構(gòu)。在無(wú)外力作用時(shí)，硅離子所帶正電荷的等效中心與氧離子所帶負(fù)電荷的等效中心是重合的，整個(gè)晶胞不呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。天然石英晶體外形天然石英晶體外形（續(xù)）天然石英晶體的結(jié)構(gòu)及剖面天然石英晶體的三個(gè)軸在晶體學(xué)中，可用三根相互垂直的軸來(lái)表示。其中縱向軸稱為光軸，也稱z軸，有折光效應(yīng)，沒有壓電效應(yīng)。

經(jīng)過正六面體棱線，并垂直于光軸的軸線稱為電軸，也稱x軸；經(jīng)過正六面體的棱面且垂直于光軸的軸線稱為機(jī)械軸，也稱y軸。天然石英晶體的三個(gè)面從石英晶體上切割出一塊平行六面體的切片，再進(jìn)一步從該正六面體上切割出正方形薄片，就是工業(yè)中常用的石英晶片。正方形薄片的6個(gè)面分別垂直于光軸（z軸）、電軸（x軸）和機(jī)械軸（y軸）。石英晶體切片的三個(gè)面（續(xù)）在x面的兩個(gè)表面施加壓力，在x面的上下表面產(chǎn)生電荷；在x面的兩個(gè)表面施加壓力，仍然只在x面產(chǎn)生電荷。L、δ、b分別為石英晶片的長(zhǎng)度、厚度和高度。電荷只產(chǎn)生在與x軸垂直的x面的前后兩側(cè)。石英晶體的特性石英（SiO2）是一種具有良好壓電特性的壓電晶體。其介電常數(shù)和壓電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性相當(dāng)好,在常溫范圍內(nèi)這兩個(gè)參數(shù)幾乎不隨溫度變化,如下兩圖。在20～200℃范圍內(nèi)，溫度每升高1℃，壓電系數(shù)僅減少0.016％。但是當(dāng)?shù)?73℃時(shí)，它突然完全失去了壓電特性，這就是它的居里點(diǎn)。

石英的d11系數(shù)相對(duì)于20℃的d11溫度變化特性石英在高溫下相對(duì)介電常數(shù)的溫度特性石英晶體的切片石英晶體片及封裝石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝天然石英晶體的x軸向受力產(chǎn)生電荷極性在晶體的彈性限度內(nèi)，在x軸方向上施加壓力Fx時(shí)，在x面上產(chǎn)生的電荷為：Q=d11Fx式中的d11稱為壓電常數(shù)。石英晶體的

壓電效應(yīng)演示當(dāng)力的方向改變時(shí)，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)施加靜態(tài)力時(shí)，在初始瞬間，產(chǎn)生與力成正比的電荷，但由于表面漏電，所產(chǎn)生的電荷很快泄漏，并消失。1－正電荷等效中心2－負(fù)電荷等效中心壓電效應(yīng)的微觀分析

未受力時(shí)石英晶體的正負(fù)電荷中心重疊，

從宏觀上看，整體不帶電。2023/10/1718二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)模擬圖1－正電荷等效中心2－負(fù)電荷等效中心

晶體沿x面受壓力時(shí)的帶電情況分析

石英晶體的正負(fù)電荷中心分離，宏觀上看，

x面的上表面帶正電，下表面帶負(fù)電。Q=d11Fx1－正電荷等效中心2－負(fù)電荷等效中心晶片沿x面受拉力時(shí)，或是所受壓力消失后，彈性體反彈時(shí)，也能導(dǎo)致石英晶體的正負(fù)電荷中心分離,x面的上表面帶負(fù)電,下表面帶正電。

受交變力時(shí)，產(chǎn)生交變電信號(hào)。交變外力作用在壓電元件上，可以產(chǎn)生交變的電荷Q，在上下鍍銀的表面上產(chǎn)生交變電壓。對(duì)壓電元件施加交變力，產(chǎn)生交變電荷產(chǎn)生的交變電荷的變化頻率與交變力的頻率相同，等效于交變電荷源。如果在壓電材料的兩個(gè)電極面上施加交流電壓，那么壓電片能產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。即：壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象，稱為“電致伸縮效應(yīng)”，也叫做“逆壓電效應(yīng)”。逆壓電效應(yīng)清代詩(shī)人蘇履吉贊頌鳴沙“雷送余音聲裊裊，風(fēng)生細(xì)響語(yǔ)喁喁”——鳴沙山上的逆壓電效應(yīng)鳴沙丘煤氣灶壓電點(diǎn)火器另一種是利用壓電陶瓷制成的。使勁扭動(dòng)打火按鈕，“撞擊塊”敲擊多塊串聯(lián)的壓電陶瓷，就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點(diǎn)燃煤氣。壓電陶瓷還可以制成電子打火機(jī)，可使用100萬(wàn)次以上。24煤氣灶上的點(diǎn)火器有兩種。一種為有源點(diǎn)火器，要依靠干電池逆變電路產(chǎn)生高壓電火花；二、壓電材料的分類及特性

壓電傳感器中的壓電元件材料常用的有三類：一類是壓電晶體（如上述的石英晶體）；另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷；第三類是經(jīng)過極化處理的高分子壓電材料。壓電材料的分類

.（一）石英晶體石英晶體在20～200℃的范圍內(nèi)壓電常數(shù)的變化量只有-0.0001/℃。具有自振頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好、遲滯小、重復(fù)性好、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。石英晶體的不足之處是壓電常數(shù)較小：d=2.31

10-12C/N。因此石英晶體大多只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高準(zhǔn)確度傳感器或使用高溫壓電傳感器中使用，而在一般要求的測(cè)量中，基本上采用壓電陶瓷。

石英晶體在振蕩電路中工作時(shí)，壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)交替作用，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩輸出頻率。晶振石英晶體還可制作

晶體振蕩器（晶振）（二）壓電陶瓷

壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷材料有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）及非鉛系壓電陶瓷（如BaTiO3等）。

壓電陶瓷外形

壓電陶瓷的工作原理壓電陶瓷是一種多晶壓電材料。某些陶瓷粉末原料，在一定的工藝條件下，經(jīng)1000℃以上高溫?zé)Y(jié)、機(jī)械加工，可以制成圓片或其他需要的形狀。燒結(jié)而成的壓電陶瓷由無(wú)數(shù)細(xì)微的電疇組成，這些電疇實(shí)際上是分子自發(fā)極化的小區(qū)域。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體中雜亂分布，它們的極化效應(yīng)被相互抵消了，因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質(zhì)。為了使壓電陶瓷具有壓電效應(yīng),必須在高溫下，在上下端面鍍上電極，用上千伏高電壓進(jìn)行極化處理，使電疇的方向趨向一致，冷卻后就具有壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的極化處理

a）極化處理前電疇雜亂分布b）在極化電壓下的電疇分布c）冷卻、穩(wěn)定后的電疇分布1－鍍銀上電極2－壓電陶瓷3－鍍銀下電極4－電疇5－極化高壓電源↑－細(xì)微的電疇極化方向常用的壓電陶瓷材料（1）鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）：是由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固熔體。有較高的壓電常數(shù)[d＝（200～500）

10-12C/N]。在上述材料中加入微量的鑭（La）、鈮（Nb）或銻（Sb）等，可以得到不同性能的PZT材料。（2）非鉛系壓電陶瓷：能減少制造過程中鉛對(duì)環(huán)境的污染。BaTiO3基無(wú)鉛壓電陶瓷、BNT基無(wú)鉛壓電陶瓷、鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷、鈦酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電陶瓷、鈦酸鉍鍶鈣無(wú)鉛壓電陶瓷和鈦酸鋇鈣壓電陶瓷等，它們的多項(xiàng)性能都已超過含鉛系列壓電陶瓷，是今后壓電陶瓷的發(fā)展方向。無(wú)鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鋇鈣的壓電系數(shù)達(dá)到600pC/N，壓電性能已超過了世界上已使用半個(gè)世紀(jì)、但對(duì)人體和環(huán)境有害的核心壓電材料鋯鈦酸鉛陶瓷（250pC/N）。無(wú)鉛壓電陶瓷取代鉛基壓電陶瓷已成為必然的趨勢(shì)。（三）高分子壓電材料典型的高分子壓電材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一種柔軟的壓電材料，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長(zhǎng)的尺度，價(jià)格便宜，頻率響應(yīng)范圍較寬，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80dB。高分子壓電材料（續(xù)）高分子壓電材料是一種柔性的壓電元件。密度僅為壓電陶瓷的1／4，彈性柔順常數(shù)比陶瓷大30倍。可以在幾十微米的PVDF壓電膜上，兩面蒸鍍金、銀等金屬電極，電極厚度約0.1μm，再層壓在0.125mm聚酯基片上，并制作兩個(gè)壓接端子，作為信號(hào)引腳。高分子壓電材料的應(yīng)用，從醫(yī)學(xué)上使用的精密微細(xì)敏感元件，到工業(yè)上用的各種傳感器；從軍事上應(yīng)用的聲納，到民用的防盜報(bào)警系統(tǒng)等。可以用于制作超聲診斷儀、血壓計(jì)、指脈膊計(jì)、心率計(jì)、機(jī)器人的觸覺傳感器、加速度傳感器、水聲探測(cè)器、聲納器件、揚(yáng)聲器等。高分子壓電薄膜及拉制、切片高分子壓電材料的特性不易破碎，具有防水性，可以制成較大面積或較長(zhǎng)的成品，因此價(jià)格便宜。其測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80dB，頻率響應(yīng)范圍可從0.1Hz直至109Hz。工作溫度一般低于100℃。溫度升高時(shí)，靈敏度將降低。它的機(jī)械強(qiáng)度不夠高，耐紫外線能力較差，不宜暴曬，以免老化。高分子壓電材料制作的

壓電墊和壓電電纜

可用于波形分析及報(bào)警的高分子壓電踏腳板

壓電式門口壓電式腳踏報(bào)警器

高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭

（逆壓電效應(yīng)）第二節(jié)壓電傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

壓電傳感器的輸出阻抗較大，要求電壓放大器具有較大的輸入阻抗。又由于壓電傳感器的輸出電壓與壓電片的極間電容Ca以及傳輸線的對(duì)地分布電容Cc有關(guān)，如果接入普通的電壓放大電路，將受到很多外界因素的影響。現(xiàn)在多采用“電荷放大器”來(lái)將壓電傳感器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓，屬于Q/U轉(zhuǎn)換器，但并無(wú)放大電荷的作用，只是一種習(xí)慣叫法。

回目錄外力作用在壓電元件上，雖然可以產(chǎn)生電荷Q，但在上下鍍銀電極之間總是存在泄漏電阻Ra，電荷的保存時(shí)間通常小于幾秒,而且要求放大器的輸入電阻Ri無(wú)限大,因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)力的測(cè)量。

一、壓電元件的等效電路

交變電荷源兩端并聯(lián)一個(gè)極間電容Ca和漏電電阻Ra。

極間電容Ca約為1000pF數(shù)量級(jí)，與壓電片的面積成正比；漏電電阻Ra應(yīng)大于1MΩ。a）結(jié)構(gòu)示意圖b）壓電元件的符號(hào)c）壓電元件的等效電路1－鍍銀上電極2－壓電晶體3－鍍銀下電極二、電荷放大器1.電荷放大器原理電荷放大器是一個(gè)具有反饋電容Cf的高增益運(yùn)算放大器電路。當(dāng)放大器開環(huán)增益A

和輸入電阻R

i、反饋電阻Rf（用于防止放大器的直流飽和）相當(dāng)大時(shí)，放大器的輸出電壓Uo正比于輸入電荷Q，反比于反饋電容Cf，而基本上與Cc、Ca、Ci無(wú)關(guān)：2.電荷放大器電路1－壓電傳感器2－屏蔽電纜線3－傳輸線分布電容4－電荷放大器SC－靈敏度選擇開關(guān)SR－帶寬選擇開關(guān)Cf′－Cf

在放大器輸入端的密勒等效電容

Cf″－Cf在放大器輸出端的密勒等效電容電荷放大器的4級(jí)放大電路框圖壓電傳感器與電荷放大器及

后續(xù)儀表的連接.四通道電荷放大器外形.某電荷放大器的前后面板某電荷放大器指標(biāo)靈敏度：0.1～1000mV/pC可調(diào)（pC是“皮庫(kù)倫”）；頻率范圍：0.3～100kHz；

噪聲(最大增益時(shí))：折合至輸入端小于5μV；

準(zhǔn)確度：1%；最大輸出：±10V或10mA；

電

源：220V/50Hz；

控制方式：

計(jì)算機(jī)、遙控或手動(dòng)。超小型電荷放大器模塊靈敏度：1、10、100mV/pC（任選一檔）頻率范圍：0.3～100KHz（上、下限可選）噪聲(最大靈敏度)：輸出端小于1mV歸一化：電容調(diào)整線性誤差：1%最大輸出：±5V或±10V可選電

源：±15V特點(diǎn)：可組成經(jīng)濟(jì)的多點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)。主要性能指標(biāo):焊接式電荷放大器其他電荷放大器外形面板式電荷放大器多通道電荷放大器外形壓電傳感器只能應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量

由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的情況下才能保存，即需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的，因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，可以供給測(cè)量回路以一定的電流，故只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量（一般必須高于3Hz，但在30kHz以上時(shí)，靈敏度下降）。

第三節(jié)壓電傳感器的應(yīng)用（一）高分子壓電材料的應(yīng)用1.玻璃打碎報(bào)警裝置將高分子壓電測(cè)振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。

粘貼位置回目錄

足球高分子壓電材料制作的玻璃打碎傳感器質(zhì)量塊

將厚約0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成10

20mm大小。在它的正反兩面各噴涂透明的二氧化錫導(dǎo)電電極，再用超聲波焊接上兩根柔軟的電極引線。并用保護(hù)膜覆蓋。

使用時(shí)，用瞬干膠將其粘貼在玻璃上。當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬間，壓電薄膜感受到劇烈振動(dòng)，表面產(chǎn)生電荷Q

，在兩個(gè)輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報(bào)警信號(hào)。2.壓電式周界報(bào)警系統(tǒng)

（用于重要位置出入口、周界安全防護(hù)等）將壓電電纜埋在地面的淺表層，可起分布式地下麥克風(fēng)或聽音器的作用，可在幾十米范圍內(nèi)探測(cè)人的步行,對(duì)輪式或履帶式車輛也可以通過信號(hào)處理系統(tǒng)分辨出來(lái)。多通道測(cè)量系統(tǒng)的輸出波形1－銅芯線（分布電容內(nèi)電極）2－管狀高分子壓電塑料絕緣層3－銅網(wǎng)屏蔽層（分布電容外電極）4－橡膠保護(hù)層（承壓彈性元件）高分子壓電電纜周界報(bào)警系統(tǒng)3.交通監(jiān)測(cè)

（包括軸數(shù)、軸距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測(cè)、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場(chǎng)滑行道等。

將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息：高分子壓電電纜的應(yīng)用演示集成脈搏傳感器采用壓電薄膜作為換能材料，動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)通過壓電薄膜轉(zhuǎn)換成電荷量，再經(jīng)傳感器內(nèi)部的電荷放大電路轉(zhuǎn)換成輸出電壓。

其他應(yīng)用：·脈搏計(jì)數(shù)探測(cè)·振動(dòng)、沖擊、碰撞報(bào)警·振動(dòng)加速度測(cè)量·管道壓力波動(dòng)·其它機(jī)電轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)力檢測(cè)等

（二）壓電陶瓷傳感器的應(yīng)用

1．壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器

a）單向力傳感器外形b）三維切削力傳感器外形

c）內(nèi)部結(jié)構(gòu)1－剛性傳力上蓋2－壓電片3－電極4－電極引出插頭5－絕緣材料6－底座壓電陶瓷多制成片狀，稱為壓電片。壓電片通常是兩片（或兩片以上）粘結(jié)在一起，一般常用的是并聯(lián)接法。其總面積是單片的兩倍，極板上的總電荷Q并為單片電荷Q的兩倍。利用壓電傳感器和

微處理器實(shí)現(xiàn)

延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置刀具切削力測(cè)量示意圖1－單向動(dòng)態(tài)力傳感器2－刀架3－車刀4－工件2.單向動(dòng)態(tài)力傳感器的應(yīng)用壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器以及在車床中用于動(dòng)態(tài)切削力的測(cè)量

一體化車刀動(dòng)態(tài)力測(cè)量YDS-III79K型壓電石英

三維力傳感器特性指標(biāo)項(xiàng)目數(shù)值z(mì)向測(cè)力范圍/kgf①±1000x、y向測(cè)力范圍/kgf±200分辨力/kgf±0.001z向靈敏度/pC/kgf±40x、y向靈敏度/pC/kgf±80剛度/kgf85固有頻率/kHz15～25非線性（%）±1橫向干擾（%）±5溫度系數(shù)/%℃－1-0.04使用溫度范圍/℃-60～120備注①：在工程中，1kgf

≈10.2N壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器在體育動(dòng)態(tài)測(cè)量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺(tái)壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測(cè)量雙腿跳的動(dòng)態(tài)力第四節(jié)振動(dòng)測(cè)量及頻譜分析一、振動(dòng)的基本概念

物體在某一平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)，簡(jiǎn)稱為振動(dòng)。回目錄洗衣機(jī)機(jī)床風(fēng)機(jī)夯實(shí)機(jī)地震的巨大威力地震波形物體圍繞平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。從振動(dòng)對(duì)象來(lái)分：有機(jī)械振動(dòng)（例如機(jī)床、電機(jī)、泵風(fēng)機(jī)等運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)）；土木結(jié)構(gòu)振動(dòng)（房屋、橋梁等的振動(dòng)）；運(yùn)輸工具振動(dòng)（汽車、飛機(jī)等的振動(dòng)）以及地震、武器、爆炸引起的沖擊振動(dòng)等。從振動(dòng)的頻率范圍來(lái)分，有高頻振動(dòng)、低頻振動(dòng)和超低頻振動(dòng)等。從振動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征來(lái)看，可將振動(dòng)分為周期振動(dòng)、非周期振動(dòng)以及隨機(jī)振動(dòng)等。振動(dòng)的分類

物體振動(dòng)一次所需的時(shí)間稱為周期,用T表示,單位是s。每秒振動(dòng)的次數(shù)稱頻率，用f表示,單位為Hz。振動(dòng)物體的位移用x表示，偏離平衡位置的最大距離稱為振幅，用A表示，單位為mm；振動(dòng)的速度用v表示，單位為m/s；加速度用a表示，單位為m/s2。振動(dòng)幅值隨時(shí)間的變化得到的曲線，叫振動(dòng)波形。振動(dòng)的基本概念（續(xù)）振幅測(cè)振系統(tǒng)演示彈簧振子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)ffff峰值=A(當(dāng)振動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí),可以認(rèn)為峰值是振幅)；峰峰值=2A(當(dāng)振動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)）；有效值=0.707A

；（峰值=1.414有效值，當(dāng)振動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)）平均值=0.636A（當(dāng)振動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)）。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)

正峰值A(chǔ)負(fù)峰值A(chǔ)有效值峰峰值平均值二、測(cè)振傳感器的分類

測(cè)振用的傳感器又稱拾振器，它有接觸式和非接觸式之分。接觸式中有磁電式、電感式、壓電式等；非接觸式中又有電渦流式、電容式、霍爾式、光電式等。介紹壓電式測(cè)振傳感器及其應(yīng)用。a）原理圖b）中心壓縮式壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)c）環(huán)形剪切式壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)d）外形1－基座2－引出電極3－壓電晶片4－質(zhì)量塊5－彈簧6－殼體7－固定螺孔三、壓電式振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)1.靈敏度K

壓電式加速度傳感器的輸出為電荷量，以pC為單位（1pC=10-12C）。而輸入量為加速度，單位為m/s2,所以靈敏度以pC/ms-2為單位,或用重力加速度pC/g。靈敏度的范圍約為10～100pC/g。目前許多壓電加速度傳感器的輸出是電壓，所以靈敏度單位也可以為mV/g，通常為10～1000mV/g。2.頻率范圍常見的壓電加速度傳感器的頻率范圍為0.01Hz～20kHz。3.動(dòng)態(tài)范圍常用的測(cè)量范圍為0.1～100g，或1000m/s2。測(cè)量沖擊振動(dòng)時(shí)應(yīng)選用100～10000g的高頻加速度傳感器；而測(cè)量橋梁、地基等微弱振動(dòng)往往要選擇0.001～10g的高靈敏度的低頻加速度傳感器。四、壓電振動(dòng)加速度傳感器的性能指標(biāo)a）雙頭螺釘固定法b）磁鐵吸附法c）膠水粘結(jié)法d）手持探針式法1－壓電式加速度傳感器2－雙頭螺釘3－磁鋼4－粘結(jié)劑5－頂針五、壓電振動(dòng)加速度傳感器的安裝及使用d）壓電式振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及外形

橫向振動(dòng)測(cè)振器縱向振動(dòng)測(cè)振器某小型“內(nèi)裝IC的壓電加速度傳感器”

性能指標(biāo)靈敏度：500mV/g

量程：10g

頻率范圍：4-4000Hz

安裝諧振點(diǎn):15kHz

分辨力：0.0001g

重量：40g

安裝螺紋：M5mm

線性：≤1%壓電加速度傳感器的使用手持式測(cè)振儀手持式壓電加速度傳感器聽診器六、壓電振動(dòng)加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用

加速度傳感器可以用于判斷汽車的碰撞，從而使安全氣囊迅速充氣，從而挽救生命；還可安裝在氣缸的側(cè)壁上，盡量使點(diǎn)火時(shí)刻接近爆震區(qū)而不發(fā)生爆震，但又能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出盡可能大的扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震波形汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣缸點(diǎn)火時(shí)刻必須十分精確。如果恰當(dāng)?shù)貙Ⅻc(diǎn)火時(shí)間提前一些，即有一個(gè)提前角（例如10度以內(nèi)），就可使汽缸中汽油與空氣的混合氣體得到充分燃燒，使扭矩增大，排污減少。但提前角太大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，發(fā)出尖銳的金屬敲擊聲，稱為爆震，可能使火花塞、活塞環(huán)熔化損壞，使缸蓋、連桿、曲軸等部件過載、變形，可用壓電傳感器檢測(cè)爆震，并適當(dāng)延遲之。發(fā)動(dòng)機(jī)爆震測(cè)量壓電陶瓷加速度傳感器七、振動(dòng)的頻譜分析時(shí)域圖測(cè)量時(shí)域圖形，用示波器等儀器，測(cè)量頻域圖形，用頻譜儀等儀器。回目錄現(xiàn)在時(shí)間是：*2.頻域圖形：如果將時(shí)域圖形經(jīng)過快速傅里葉變換(FFT),就能在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示出另一種坐標(biāo)圖，它的橫坐標(biāo)為頻率f，縱坐標(biāo)可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在頻率范圍之內(nèi)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)頻率的振動(dòng)分量的大小。專門用于測(cè)量和顯示頻譜圖的儀器稱為頻譜儀。頻譜圖能顯示信號(hào)中的頻率成份。1.時(shí)域圖形：時(shí)域圖形的橫坐標(biāo)為時(shí)間軸。頻譜儀外形頻域圖（頻譜圖）頻譜儀

頻域圖形（頻譜圖）

頻譜圖或頻域圖：它的橫坐標(biāo)為頻率f，縱坐標(biāo)可以是加速度，也可以是振幅或功率等。頻譜圖反映了在頻率范圍之內(nèi)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)頻率分量的幅值。同一臺(tái)空壓機(jī)振動(dòng)的時(shí)域圖形和頻域圖形比較2023/10/1792振動(dòng)時(shí)域/頻域圖形（參考東方振動(dòng)和噪聲