壓電式加速度傳感器的工作原理

　　壓電式加速度傳感器的傳感元件為壓電晶體。若沿壓電晶體的極化方向施加一外力使其變形，則壓電晶體內(nèi)部發(fā)生極化，受力的兩端面出現(xiàn)極性相反的電荷，若撤去外力，則壓電晶體恢復(fù)到初始狀態(tài)，這就是正壓電效應(yīng)。若沿壓電晶體的極化方向施加一電場(chǎng)，則壓電晶體出現(xiàn)變形，若撤去電場(chǎng)，則壓電晶體恢復(fù)到初始狀態(tài)，這就是逆壓電效應(yīng)。壓電式加速度傳感器就是利用了壓電晶體的正壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)的測(cè)量。

　　壓電式加速度傳感器常見的結(jié)構(gòu)形式有中心壓縮式、環(huán)形剪切式、三角剪切式。測(cè)量被測(cè)對(duì)象振動(dòng)大小時(shí)，需選擇測(cè)點(diǎn)并將加速度傳感器安裝牢靠。將壓電式加速度傳感器的壓電晶體看做理想彈性體，忽略壓電晶體與殼體之間連接膠層的質(zhì)量，只考慮膠層的阻尼系數(shù)，并將壓電式加速度傳感器一端簡(jiǎn)化為自由端、一端簡(jiǎn)化為固定端，則可得到其工作時(shí)的力學(xué)簡(jiǎn)化模型，力學(xué)簡(jiǎn)化模型如圖1所示。壓電式加速度傳感器的振動(dòng)方程為mx2+cx1+kx=F（t）

　　式中： m為壓電晶體的質(zhì)量kg；c為膠層的阻尼系數(shù)N·s /m；k為壓電晶體的剛度系數(shù)N/m；x為壓電晶體的位移m；x1為壓電晶體的速度m/s；x2為壓電晶體的加速度m/s2；F（t）為作用于壓電式加速度傳感器的外力N。

　　壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)

　　壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)型犬有壓縮型、剪切型和彎曲型三種，圖11—5為壓縮型加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。其敏感元件是壓電晶體片4，晶體片上壓一個(gè)質(zhì)量塊3，用一個(gè)剛度較大的彈簧2對(duì)這個(gè)質(zhì)量塊施加一個(gè)預(yù)緊力，并將它們綻在一個(gè)帶有厚的基座6的金屬外殼1內(nèi)。當(dāng)加速度計(jì)安裝在被測(cè)扳動(dòng)物體上而隨之板動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊就產(chǎn)生一個(gè)正比于振動(dòng)加速度的力作用在壓電晶體片上，根據(jù)正壓電效應(yīng)，在晶體片兩相對(duì)的表川上就產(chǎn)生交變的電材，共大小與作用力成正比，田質(zhì)量塊的質(zhì)量固定不變，所以晶體片上的電荷與扳動(dòng)加速度成正比.