DOC《第8章》

Cf为反馈电容. 图8.7 电荷放大器等效电路 由运算放大器基本特性,可求出电荷放大器的输出电压为 (8.9) 通常A=104~106,因此若满足(1+A)Cf>

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Ca+Cc+Ci时,则(8.10) 由式(8.10)可见,电荷放大器的输出电压Uo与电缆电容Cc无关,且与q成正比,这是电荷放大器的最大特点. 8.4 压电式传感器应用举例 1.压电式压力传感器 (1)单向力传感器.如图8.10所示为一个单向力传感器.两片压电晶片沿电轴方向叠在一起,采用并联接法,中间为片形电极(负极),它收集负电荷.基座与传力盖形成正极,绝缘套使正、负极隔离. 图8.10 单向压电石英力传感器的结构 被测力F通过上盖使压电晶片沿电轴方向受压力作用,便使晶片产生电荷,负电荷由片形电极(负极)输出,正电荷与上盖和底座连接.这种压力传感器有以下特点: ① 体积小,重量轻(仅10g). ② 固有频率高(约为50~60kHz). ③ 可检测高达5 000N(变化频率小于20kHz)的动态力. ④ 分辨率高(可达10-3N). 除了以上介绍的单向力传感器,还有双向力传感器和三向力传感器.双向力传感器基本上有两种组合:一是测量垂直分力和切向分力,即Fz与Fx(或Fy);

二是测量互相垂直的两个切向分力,即Fx与Fy.无论哪一种组合,传感器的结构形式相似.三向力传感器可以对空间任一个或三个力同时进行测量. (2)压电式压力传感器测量冲床压力.如图8.11所示为冲床压力测量示意图.当测量大的力时,可用两个传感器支承,或将几个传感器沿圆周均布支承,而后将分别测得的力值相加求出总力值F(属平行力时).因有时力的分布不均匀,各个传感器测得的力值有大有小,所以分别测力可以测得更准确些,有时也可通过各点的力值来了解力的分布情况. (3)压电式压力传感器测量金属加工切削力.如图8.12所示为利用压电式陶瓷传感器测量刀具切削力的示意图.由于压电陶瓷元件的自振频率高,特别适合测量变化剧烈的载荷.图中压力传感器位于车刀前部的下方,当进行切削加工时,切削力通过刀具传给压电传感器,压电传感器将切削力转换为电信号输出,记录下电信号的变化便测得切削力的变化. 图8.11 冲床压力检测 图8.12 压电式刀具切削力测量示意图 2.压电式加速度传感器 如图8.13所示为一种压电式加速度传感器的结构图.它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座以及外壳等组成.整个部件装在外壳内,并用螺栓加以固定. 图8.13 压电式加速度传感器结构图 当加速度传感器与被测物一起受到冲击振动时,压电元件受质量块惯性力的作用,根据牛顿第二运动定律,此惯性力是加速度的函数,即F=ma 式中,F为质量块产生的惯性力;

m为质量块的质量;

a为加速度. 此时,惯性力F作用于压电元件上,因而产生电荷q,当传感器选定后,m为常数,则传感器输出电荷为 q=d11F=d11ma 与加速度a成正比.因此,测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小. 3.用压电式传感器测........