压电式压力传感器的应用
仪器信息网 · 2012-09-22 07:17 · 16076 次点击
1.高分子压电材料的应用
(1)玻璃打碎报警装置
将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上,可以感受到玻璃破碎时会发出的振动,并将电压信号传送给集中报警系统。
将厚约0畅2mm的PVDF薄膜裁制成10mm×20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极,再用超声波焊接上两根柔软的电极引线,并用保护膜覆盖。使用时,用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间,压电薄膜感受到剧烈振动,表面产生电荷Q,在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。
由于感应片很小且透明,不易察觉,所以可安装于贵重物品柜台、展览橱窗、博物馆及家庭等玻璃窗角落处。
(2)交通监测
将高分子压电电缆埋在公路上,可以获取车型分类信息(包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎)、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集(道路监控)及机场滑行道等。例如,将两根高分子压电电缆相距若干米,平行埋设于柏油公路的路面下约5cm,可以用来测量车速及汽车的载重量,并根据存储在计算机内部的档案数据,判定汽车的车型。
2.压电陶瓷传感器的应用
压电陶瓷多制成片状,称为压电片。压电片通常是两片(或两片以上)粘结在一起,一般常用的是并联接法。其总面积是单片的两倍,极板上总电荷Q也为单片电荷Q的两倍。
压电片在传感器中必须有一定的预紧力。因为这样首先可以保证压电片在受力时,始终受到压力,其次能消除两压电片之间因接触不良而引起的非线性误差,保证输出与输入作用力之间的线性关系,但是这个预紧力也不能太大,否则将会影响其灵敏度。
压电式传感器主要是用于动态力、振动加速度的测量,如车床动态切削力的测试。如图3‐11所示,被测力通过传力上盖使压电晶片在沿轴方向受压力作用而产生电荷,两块晶片沿轴向反方向叠在一起,中间是一个片形电极。它收集负电荷。两压电晶片正电荷侧分别与传感器的传力上盖及底座相连。因此两块压电晶片被并联起来,提高了传感器的灵敏度。片形电极通过电极引出插头将电荷输出。电荷Q与只要用电荷放大器测出ΔQ,就可以测知ΔF。
图3‐12是利用单向动态力传感器测量刀具切削力的示意图,压电动态力传感器位于车刀前端的下方。切削前,虽然车刀紧压在传感器上,压电晶片在压紧的瞬间也曾产生出很大的电荷,但几秒之内,电荷就通过电路的泄漏电阻中和掉了。切削过程中,车刀在切削力的作用下,上下剧烈颤动,将脉动力传递给单向动态力传感器。传感器的电荷变化量由电荷放大器转换成电压,再用记录仪记录下切削力的变化量。
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压电传感器只能应用于动态测量。由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存,即需要测量回路具有无限大的输入阻抗,这实际上是不可能的,因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下,电荷可以不断补充,可以供给测量回路以一定的电流,故只适用于动态测量(一般必须高于100Hz,但在50kHz以上时,灵敏度下降)。