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壓電式傳感器的靈敏芯體資料和結(jié)構(gòu)方式
• 壓電式傳感器的靈敏芯體資料和結(jié)構(gòu)方式
o 壓電材料
壓電材料一般可以分為兩大類，即壓電晶體和壓電陶瓷。在壓電型加速度計(jì)的最常用的壓電晶體為石英，其特色為工作溫度規(guī)模寬，性能安穩(wěn)，因此在實(shí)際運(yùn)用中常常被用作標(biāo)準(zhǔn)傳感器的壓電資料。由于石英的壓電系數(shù)比其他壓電資料低得多，因此對(duì)通用型壓電加速度計(jì)而言更為常用的壓電資料為壓電陶瓷。壓電陶瓷中鋯鈦酸鉛（PZT）是現(xiàn)在壓電加速度計(jì)中最常常運(yùn)用的壓電資料。其特色為具有較高的壓電系數(shù)和居里點(diǎn)，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度時(shí)間等外界條件的變化相對(duì)較小。必須指出的是，就同一品種的壓電陶瓷而言，盡管都有相同的基本特性，但由于制作工藝不同可以使兩個(gè)相同資料的壓電陶瓷的詳細(xì)性能指標(biāo)相差甚大。這種現(xiàn)象可以經(jīng)過(guò)典型的國(guó)產(chǎn)傳感器和進(jìn)口傳感器的比較得以反映，國(guó)內(nèi)振蕩測(cè)試業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn)對(duì)此深有體會(huì)。
o 傳感器靈敏芯體的結(jié)構(gòu)方式
壓電加速度傳感器的靈敏芯體一般由壓電資料和附加質(zhì)量塊組成，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度作用后便轉(zhuǎn)換成一個(gè)與加速度成正比并加載到壓電資料上的力，而壓電資料受力后在其外表發(fā)生一個(gè)與加速度成正比的電荷信號(hào)。壓電資料的特性決議了作用力可以是受正應(yīng)力也可以是剪應(yīng)力，壓電資料發(fā)生的電荷巨細(xì)隨作用力的方向以及電荷引出外表的位置而變。依據(jù)壓電資料不同的受力辦法，常用傳感器靈敏芯體的結(jié)構(gòu)一般有以下三種方式：
? 緊縮方式– 壓電資料受到緊縮或拉伸力而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。緊縮式靈敏芯體是加速度傳感器中最為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式。其特色是制作簡(jiǎn)單便利，能發(fā)生較高的自振諧振頻率和較寬的頻率丈量規(guī)模。而最大的缺點(diǎn)是不能有效地掃除各種干擾對(duì)丈量信號(hào)的影響。
? 剪切方式– 經(jīng)過(guò)對(duì)壓電資料施加剪切力而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。從理論上分析在剪切力作用下壓電資料發(fā)生的電荷信號(hào)受外界干擾的影響甚小，因此剪切結(jié)構(gòu)方式成為最為廣泛運(yùn)用的加速度傳感器靈敏芯體。然而在實(shí)際制作過(guò)程中，確保剪切靈敏芯體的加速度計(jì)持有較高和安穩(wěn)的頻率丈量規(guī)模卻是傳感器制作中工藝中最為困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。北智BW-Sensor 選用進(jìn)口記憶金屬資料的緊固件從而確保傳感器具有安穩(wěn)可靠的諧振頻率和頻率丈量規(guī)模。
? 彎曲變形梁方式- 壓電資料受到彎曲變形而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。彎曲變形梁結(jié)構(gòu)可發(fā)生比較大的電荷輸出信號(hào)，也較簡(jiǎn)單完成控制阻尼；但由于其丈量頻率規(guī)模低，更由于此結(jié)構(gòu)不能掃除因溫度變化而極簡(jiǎn)單發(fā)生的信號(hào)漂移，所以此結(jié)構(gòu)在壓電型加速度計(jì)的規(guī)劃中很少被選用。
o 壓電材料
壓電材料一般可以分為兩大類，即壓電晶體和壓電陶瓷。在壓電型加速度計(jì)的最常用的壓電晶體為石英，其特色為工作溫度規(guī)模寬，性能安穩(wěn)，因此在實(shí)際運(yùn)用中常常被用作標(biāo)準(zhǔn)傳感器的壓電資料。由于石英的壓電系數(shù)比其他壓電資料低得多，因此對(duì)通用型壓電加速度計(jì)而言更為常用的壓電資料為壓電陶瓷。壓電陶瓷中鋯鈦酸鉛（PZT）是現(xiàn)在壓電加速度計(jì)中最常常運(yùn)用的壓電資料。其特色為具有較高的壓電系數(shù)和居里點(diǎn)，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度時(shí)間等外界條件的變化相對(duì)較小。必須指出的是，就同一品種的壓電陶瓷而言，盡管都有相同的基本特性，但由于制作工藝不同可以使兩個(gè)相同資料的壓電陶瓷的詳細(xì)性能指標(biāo)相差甚大。這種現(xiàn)象可以經(jīng)過(guò)典型的國(guó)產(chǎn)傳感器和進(jìn)口傳感器的比較得以反映，國(guó)內(nèi)振蕩測(cè)試業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn)對(duì)此深有體會(huì)。
o 傳感器靈敏芯體的結(jié)構(gòu)方式
壓電加速度傳感器的靈敏芯體一般由壓電資料和附加質(zhì)量塊組成，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度作用后便轉(zhuǎn)換成一個(gè)與加速度成正比并加載到壓電資料上的力，而壓電資料受力后在其外表發(fā)生一個(gè)與加速度成正比的電荷信號(hào)。壓電資料的特性決議了作用力可以是受正應(yīng)力也可以是剪應(yīng)力，壓電資料發(fā)生的電荷巨細(xì)隨作用力的方向以及電荷引出外表的位置而變。依據(jù)壓電資料不同的受力辦法，常用傳感器靈敏芯體的結(jié)構(gòu)一般有以下三種方式：
? 緊縮方式– 壓電資料受到緊縮或拉伸力而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。緊縮式靈敏芯體是加速度傳感器中最為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式。其特色是制作簡(jiǎn)單便利，能發(fā)生較高的自振諧振頻率和較寬的頻率丈量規(guī)模。而最大的缺點(diǎn)是不能有效地掃除各種干擾對(duì)丈量信號(hào)的影響。
? 剪切方式– 經(jīng)過(guò)對(duì)壓電資料施加剪切力而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。從理論上分析在剪切力作用下壓電資料發(fā)生的電荷信號(hào)受外界干擾的影響甚小，因此剪切結(jié)構(gòu)方式成為最為廣泛運(yùn)用的加速度傳感器靈敏芯體。然而在實(shí)際制作過(guò)程中，確保剪切靈敏芯體的加速度計(jì)持有較高和安穩(wěn)的頻率丈量規(guī)模卻是傳感器制作中工藝中最為困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。北智BW-Sensor 選用進(jìn)口記憶金屬資料的緊固件從而確保傳感器具有安穩(wěn)可靠的諧振頻率和頻率丈量規(guī)模。
? 彎曲變形梁方式- 壓電資料受到彎曲變形而發(fā)生電荷的結(jié)構(gòu)方式。彎曲變形梁結(jié)構(gòu)可發(fā)生比較大的電荷輸出信號(hào)，也較簡(jiǎn)單完成控制阻尼；但由于其丈量頻率規(guī)模低，更由于此結(jié)構(gòu)不能掃除因溫度變化而極簡(jiǎn)單發(fā)生的信號(hào)漂移，所以此結(jié)構(gòu)在壓電型加速度計(jì)的規(guī)劃中很少被選用。
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