EN060 壓電式加速度傳感器工作原理
傳感器敏感件采用 P5 壓電陶瓷晶體,晶體材料在承受一定方向的應(yīng)
力變形時(shí),其極化面會(huì)產(chǎn)生與應(yīng)力相應(yīng)的電荷。
則有: Q= d F
其中 Q 為電荷量,d 為壓電晶體的壓電常數(shù),F(xiàn) 為作用力
我們一般在晶體上加一慣性質(zhì)量,則根據(jù)牛頓第二定律 F=ma
其中 m 為質(zhì)量,a 為加速度
將此公式帶入上式,在晶體的兩端即可得到與加速度成正比的電荷
量,這就實(shí)現(xiàn)了加速度的測(cè)量。
為提高環(huán)境性能,上大都使用*的剪切敏感原理,該產(chǎn)品也
使用了剪切原理。
壓電敏感件在承受外力時(shí)就產(chǎn)生電荷,當(dāng)壓電元件電極表面聚集電荷
時(shí),它又相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器。其電路如下:
式中:Q-----電荷
C -----電容
Ra----漏電阻
根據(jù)以上等效電路,其輸出是無源的電荷量。壓電敏感件的內(nèi)阻很
高,且信號(hào)微弱,因此,一般不能直接顯示和記錄,需經(jīng)過二次儀表進(jìn)
行阻抗變換與放大。我們?cè)趥鞲衅骼锊捎玫?IEPE 電荷放大器前置電路,
該電路是一種輸出電壓與輸入電荷成正比的放大器。根據(jù)上述電路等效
為一個(gè)電容和一個(gè)電荷源。因此電荷放大器實(shí)際上是一個(gè)具有深度負(fù)反
饋的高增益運(yùn)放。其等效電路如下:
Q——電荷源
C1——敏感件電容
C2——放大器反饋電容
R——放大器反饋電阻
A——運(yùn)放的開環(huán)增益
為防止傳感器在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)地回路干擾,我們?cè)谄鋬?nèi)部對(duì)敏感
件及電路進(jìn)行了隔離懸浮處理,這樣,傳感器的外殼僅是一個(gè)屏蔽外殼
直接接地回路,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證減少地回路影響。
由于二線制負(fù)恒電流電壓源供電,其輸出是一帶負(fù)直流偏置的交流
動(dòng)態(tài)信號(hào),其直流偏置電壓為-10 ~ -12VDC,這樣在不感受振動(dòng)加速度 時(shí)傳感器亦應(yīng)有-10 ~ -12VDC的直流電壓(零點(diǎn)輸出),以此為參考點(diǎn),其 交流輸出幅度為±5Vp,頻響低端實(shí)測(cè)可至 0.3Hz,對(duì)應(yīng)靈敏度 500mv/g。
EN060 壓電式加速度傳感器工作原理
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