壓電加速度傳感器的應(yīng)用和發(fā)展趨勢
- 發(fā)布時(shí)間:2022-05-11 13:14
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壓電加速度傳感器的應(yīng)用和發(fā)展趨勢
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一、壓電加速度傳感器的應(yīng)用
壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng),在加速度計(jì)受振時(shí),質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí),則力的變化與被測加速度成正比。
常用的壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。
圖中:S是彈簧,M是質(zhì)塊,B是基座,P是壓電元件,R是夾持環(huán)。圖a是中央安裝壓縮型,壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上,支柱與基座連接。這種結(jié)構(gòu)有高的共振頻率。然而基座B與測試對象連接時(shí),如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外,測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件,并使預(yù)緊力發(fā)生變化,易引起溫度漂移。圖b為環(huán)形剪切型,結(jié)構(gòu)簡單,能做成極小型、高共振頻率的加速度計(jì),環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟,因此最高工作溫度受到限制。圖c為三角剪切形,壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計(jì)感受軸向振動時(shí),壓電元件承受切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用,有較高的共振頻率和良好的線性。
壓電式加速度傳感器的實(shí)際應(yīng)用:目前最新IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器,能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動,并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù),系統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行,這樣可以最大程度的保護(hù)由于振
動,比如顛簸的工作環(huán)境,或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害,最大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個(gè)用處就是目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里,也有加速度傳感器,用來檢測拍攝時(shí)候的手部的振動,并根據(jù)這些振動,自動調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。概括起來,加速度傳感器可應(yīng)用在控制,手柄振動和搖晃,儀器儀表,汽車制動啟動檢測,地震檢測,報(bào)警系統(tǒng),玩具,結(jié)構(gòu)物、環(huán)境監(jiān)視,工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析;鼠標(biāo),高層建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。
二、壓電加速度傳感器的發(fā)展趨勢:
當(dāng)今世界各國壓電加速度傳感器的研究領(lǐng)域十分廣泛,歸納起來主要有以下幾個(gè)趨勢。
1.小型化
小型化會帶來很多好處,重量輕、體積小、分辨率高,便于安裝在很小的地方對周圍器件影響小,也利于微型儀器、儀表的配套使用。
2.集成化
壓力傳感器已經(jīng)越來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量和控制系統(tǒng),集成系統(tǒng)在過程控制和工廠自動化中可以提高操作速度和效率。
3.智能化
由于集成化的出現(xiàn),在集成電路中可添加一些微處理器,使得傳感器具有自動補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。
4.系統(tǒng)化
單一化產(chǎn)品在市場上沒有大的競爭力。市場風(fēng)云突變,一旦失去市場,發(fā)展則停滯不前,經(jīng)濟(jì)效益差,資金浪費(fèi)大,產(chǎn)品成本高。
5.標(biāo)準(zhǔn)化
傳感器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如IEC、ISO國際標(biāo)準(zhǔn),美國的ANSIC、ANSC、MIL-T和ASTME標(biāo)準(zhǔn),日本JIS標(biāo)準(zhǔn),法國DIN標(biāo)準(zhǔn)。
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