《傳感器論文-壓電加速度傳感器》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、壓電式加速度傳感器論文學(xué)院工程學(xué)院專業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)機(jī)電0902班學(xué)號(hào)0930070135姓名李政指導(dǎo)教師衛(wèi)吉良?jí)弘娛郊铀俣葌鞲衅髡撐哪夸浤夸浺?、?guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1二、壓電加速度傳感器原理41．壓電式加速度傳感器構(gòu)成元件62.壓電式加速度傳感器幅頻特性73．壓電式加速度傳感器的靈敏度8三、壓電式加速度傳感器誤差形成因素分析9四、提高壓電加速度傳感器頻響的措施101.材料結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)102.材料選擇問(wèn)題11五、總結(jié)12六、壓電式加速度傳感器的實(shí)際應(yīng)用12參考文獻(xiàn)1314壓電式加速度傳感器論文壓電式加速度傳感器目前，國(guó)內(nèi)研制的高沖擊壓電加速度傳感器的性能受材料、

2、結(jié)構(gòu)、工藝和安裝等因素的影響，量程和上限頻率難以得到提高，從而導(dǎo)致在高沖擊下測(cè)量的線性度較差。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)研制的壓電傳感器樣機(jī)可測(cè)量的最大沖擊加速度為1OO,OOOg，安裝諧振頻率約為9.5kHz，線性度為10%，還不能完全滿足工程使用的要求。因此，為了滿足高速碰撞測(cè)試和常規(guī)觸發(fā)引信用壓電加速度傳感器的要求，本文研究提高壓電加速度傳感器的量程和頻響的設(shè)計(jì)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用在鉆地武器試驗(yàn)和深層鉆地彈引信中。在核武器飛行試驗(yàn)中，均要進(jìn)行觸地測(cè)試，了解核彈頭碰地的狀況，測(cè)量其觸地加速度，為其觸發(fā)引信的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供依據(jù)。在常規(guī)鉆地彈、侵徹彈等武器研究中，均需

3、要大量程高頻響的加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。目前國(guó)內(nèi)的傳感器難以滿足要求，現(xiàn)采用國(guó)外的傳感器(如7270A)，但價(jià)格昂貴且對(duì)華禁運(yùn)。綜上所述，本文研究提高壓電傳感器的量程和頻響的設(shè)計(jì)技術(shù)，為改進(jìn)壓電加速度傳感器的性能奠定基礎(chǔ)，為高速觸地用測(cè)試傳感器和深侵徹引信傳感器的研究提供技術(shù)參考。一、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀自1880年J.居里和P.居里發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來(lái)[[21，這種類型的壓電傳感器就廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，壓電加速度傳感器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝都有了很大的進(jìn)步。這些對(duì)改善傳感器的性能起到了至關(guān)重要的作用。經(jīng)過(guò)調(diào)研，了解到國(guó)外幾種高沖擊壓電加速度傳

4、感器的主要技術(shù)指標(biāo)，如表1.1所示。表1.1國(guó)外幾種壓電加速度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)14壓電式加速度傳感器論文公司名稱靈敏度((mv/g)頻響(Hz)最大沖擊加速度(g)Kistler8743A10000.050.5一10k120,000(士1%)PCB350B210.050.3一10k(t5%)100,000ENDEVCO2225MSA0.0250.5一8k100,000壓電材料性能的改進(jìn)以及新型壓電材料的研制成功極大地推動(dòng)了壓電傳感器的進(jìn)步。從最開(kāi)始的石英到BaTi03壓電陶瓷，錯(cuò)欽酸鉛(PZT)壓電陶瓷，再到壓電聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等

5、新型壓電材料[2l。壓電材料制備工藝的進(jìn)展對(duì)壓電材料的應(yīng)用及理論研究具有推動(dòng)作用，單晶技術(shù)的進(jìn)展培育了許多實(shí)用化的壓電材料，薄膜工藝的進(jìn)展為壓電器件的平面化、集成化創(chuàng)造了條件。壓電材料的這一系列進(jìn)步為設(shè)計(jì)大量高性能的壓電元件提供了技術(shù)保障。壓電加速度傳感器由最初的基座壓縮式結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)因易受外界環(huán)境影響，后演變?yōu)橹行膲嚎s型，然后又改進(jìn)為性能最佳的各種剪切型設(shè)計(jì)，如環(huán)形剪切型。雖然剪切型的各種性能優(yōu)異，但是剪切型的結(jié)構(gòu)決定了它不能承受較強(qiáng)的沖擊。剪切型對(duì)工藝的要求很高，國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)(如B&K公司)對(duì)剪切型壓電加速度傳感器做了大量研究[[3]。為

6、了提高低頻靈敏度，后來(lái)還研制了壓電梁式加速度傳感器。隨著MEMS技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以把質(zhì)量塊、壓電元件和基座做成一體的微小型壓電傳感器，可以把信號(hào)處理電路與傳感器做在同一基片上的ICP傳感器。大量程高頻響的壓電加速度傳感器主要以中心壓縮型為主，剪切型的極為罕見(jiàn)。國(guó)內(nèi)在壓電加速度傳感器方面的研究起步較晚，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝水平落后于國(guó)外。目前國(guó)內(nèi)壓電傳感器的主要結(jié)構(gòu)是中心壓縮型，較好的高沖擊壓電加速度傳感器(中心壓縮型)樣機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為:最大沖擊加速度IOO,OOOg，最高頻響8kHz。在壓電加速度傳感器的研制方面，北戴河億柏傳感器

7、技術(shù)研究所和西安204所做得較好。二、壓電式加速度傳感器原理14壓電式加速度傳感器論文壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。電荷輸出壓電加速度傳感器，采用剪切和中心壓縮結(jié)構(gòu)形式。其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質(zhì)量一定的情況下與加速度值成正比。在一定條件下，壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后的方程為：Q＝dij

8、﹒F=dij﹒M﹒a（1）式中：Q――壓電晶體輸出的電荷。dij――壓電晶體的二階壓電張量。M――傳感器的敏