机电一体化技师论文.docx

机电一体化技师论文
压缩式压电传感器轴向灵敏度的幅值线性 度问题
【关键词】压电传感器，轴向灵敏度， 幅值线性度
【论文摘要】简述了压电加速度传感器 的结构原理。说明了该传感器灵敏度的线性 度问题，分析了其正向反向灵敏度的差异与 "饱和现象”，以便在生产、鉴定与使用时 加以注意。
压电传感器是一种利用压电效应进行 机电能量转换的变换器。 因为它具有若干优 点，所以被广泛地应用于机械结构的振动与 冲击参量的测量。压电传感器基本上有压缩 式、剪切式和弯曲式3种形式。衡量这种传 感器的参数有数个，其中主要是灵敏度。按 照一般检定规程规定，要求采用冲击法和谐 振梁法检查传感器灵敏度的幅值线性度； 但
各种标准规定不够确切，只是泛指幅值线性 度。实质上是指检查正向灵敏度的幅值线性 度。但是对于有正负极性的二次指示仪表， 测量高g （lg=l0 m/s2）值振动以及需要反 向安装传感器的冲击情况（即测量负脉冲冲 击加速度），若仅仅检查传感器的正向灵敏 度幅值线性度是不够的， 还应检查其“反向 灵敏度线性度”
,以便使传感器得出正确的 测试数据。在我国，压缩式压电传感器的使 用和生产量较大，为此，谈谈压缩式压电传 感器的正反向灵敏度的幅值线性度问题。
1传感器的结构原理
就其结构特点而言，压缩式压电传感器
（加速度计）可分为 3种：边缘安装压缩 式、中心安装压缩式和倒置中心安装压缩式。 第三种结构形式与前两种相同， 原理也相同,
所不同的是其敏感元件的安装方向倒置了。 所以，对于同一加速度输入，其响应极性正 好相反，即轴向灵敏度的方向相反。前两种 型式的传感器结构如图1.
它们由预紧弹簧、惯性质量、压电晶体 片、垫片、连杆、锁紧螺母、壳体和基座等 组成。当固定在被测物体上的传感器随物体 运动时，其惯性质量块产生惯性作用力作用 在压电晶体片上，压电晶体片产生与此作用
力成比例的变形，由于压电晶体片的压电效 应，便产生与压电元件变形成比例的电荷， 此信号由输出端引
出。在此传感器中，压电晶体片既是敏 感元件又是弹性元件。 一般把压电晶体片看 成无质量的弹簧。惯性质量块为绝对刚性。 预紧弹簧与垫片的质量均忽略不计。所以该 传感器可简化成单自由度系统，见图2,其固 有频率为：
式中：K为圆板形压电晶体片的 刚度；ms为惯性质量块的质量；E为压电晶 体片的杨氏模量；D为压电晶体片的直径；t 为各晶体片的厚度；mb为传感器基座和壳体 的质量。
所谓压电传感器的轴向灵敏度就是在 一定条件下其指定的电输出量与轴向指定 的机械输入量的比值，即：
检查灵敏度幅值线性度时，传感器灵敏 度的方向性可根据外加轴向机械运动的方
向而定；若外加运动使惯性块惯性力方向指 向传感器的基座时，输出灵敏度方向为正向， 若外加运动使惯性质量块的惯性力方向背 向传感器基座时，输出灵敏度为负向。例如 将压电传感器固定在跌落冲击台的上安装 台面时，在冲击时产生的灵敏度为正向，若 将压电传感器固定在其下安装台面时， 冲击
时产生的灵敏度为负向。 而对于倒置中心安 装式传感器的灵敏度刚好相反。
2正反向灵敏度的比较
所谓幅值线性度检查是在规定的加速 度范围内检查传感器的灵敏度随不同加速 度的变化情况。幅值线性度可以采用谐振梁 法和冲击法进行检查。冲击法比谐振梁法