压电加速度传感器

　　1.原理

　　图6.2为压电加速度传感器的原理图。它由质量块、压电元件和支座组成。支座与待测物刚性地固定在一起。当待测物运动时,支座与待测物以同一加速度运动,压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用,在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。

　　当振动频率远低于传感器的固有共振频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比。电信号经前置放大器放大,即可由一般测量仪器测试出电荷(电压)大小,从而得知物体的加速度

图6.2 压电加速度传感器原理图

　　压电谐振式传感器

　　1.工作原理

　　压电谐振式传感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化而变化进行测量的。压电晶体谐振器常采用厚度切变振动模式AT切或BT切型的石英晶体制作。当电极上加上电激励信号时,

　　利用逆压电效应,振子将按其固有共振频率或其泛音产生机械振动,与此同时按照正压电效应电极板上又将出现交变电荷,通过与外电路连接的电极对振子予以适当的能量补充,便可构成使电和机械的振荡等幅地持续下去的振荡电路。图6.9为放大器表示法的压电晶体振荡电路

图6.9 压电晶体振荡电路

　　石英晶体谐振式压力传感器

　　1.工作原理

　　厚度剪切模的石英振子固有共振频率为

　2.结构和电路框图

　　一种较好的石英谐振压力传感器的石英谐振器QPT的结构如图6.13所示。它由石英的薄壁圆柱筒(3)、石英谐振器(2)、石英端盖(1、4)以及电极(6、7)等部分组成。其关键元件是一个频率为5MHz的精密透镜形石英谐振器,位于石英圆柱筒内。圆柱筒空腔(5、8)内充氦气,用石英端盖进行密封。

　　为了消除热应力,筒和盖相对于结晶轴的取向一致,以保证所有方向的线膨胀系数相等,或者振子和圆筒为整体结构,由一块石英晶体加工而成。石英圆筒能有效地传递振子周围的压力,并有增压作用。在传感器内部采用双层恒温器,以保证传感器工作温度的稳定(误差不大于±0.05°C)。被测压力通过隔离膜片由高弹性低线胀系数的液体介质传递给石英谐振器。这种传感器可以测量液体的压力,量程达到70MPa。

　　图6.14为这种石英谐振式压力传感器的结构。图中QPT靠薄弹簧片N悬浮于传压介质油O中。压力容器由铜套筒C和钢套筒S构成,隔膜D与钢套筒S连接,E为QPT的电接头。QPT的温度由内加热器HI和外加热器HO控制。当传感器工作时,可使QPT保持在±0.05°C恒温以内,从而使振子达到零温度系数。隔膜D是容器内的油和外压力介质的分界层。液体油O(合成磷酸盐脂溶液)热膨胀系数比较低,以便减小因温度变化引起的液体油压变化而造成的(温度)读数误差。端盖用不锈钢制造,P为压力进口

图6.14 石英谐振式压力传感器的结构