壓電振動(dòng)傳感器的壓電效應(yīng)原理說明
更新時(shí)間：2023-02-21 點(diǎn)擊次數(shù)：986次
壓電振動(dòng)傳感器是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器，它的敏感元件由壓電材料制成。在發(fā)動(dòng)機(jī)研制、生產(chǎn)和使用過程中，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)測量和監(jiān)視，常用于振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)和健康診斷系統(tǒng)中。它在民用航空飛機(jī)、直升機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)上有著廣泛的應(yīng)用，用來進(jìn)行模態(tài)測試、發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測和分析、飛行測試等。
壓電效應(yīng)原理：
壓電振動(dòng)傳感器基于正壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，即實(shí)現(xiàn)“力—電”轉(zhuǎn)換。某些材料在沿一定方向受到外力作用而變形時(shí)，會(huì)同時(shí)在其兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的等量電荷，且電荷量與施加外力的大小成正比。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，這種材料稱為壓電材料，由壓電材料制成的元件稱為壓電敏感元件。當(dāng)感受到外界振動(dòng)(即外力呈周期性變化)時(shí)，壓電敏感元件表面的電荷亦呈現(xiàn)周期性變化，且變化頻率與振動(dòng)頻率一致。通過對壓電敏感元件表面電荷信號(hào)的采集和測量，即可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測量的目的。
工作原理：
(1)壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù), 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。
(2)壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。
(3)對于一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數(shù)有關(guān); 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。
(4)在壓電效應(yīng)中,機(jī)械耦合系數(shù)等于轉(zhuǎn)換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機(jī)械能)之比的平方根; 它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。
(5)壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏, 從而改善壓電傳感器的低頻特性。
(6)壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點(diǎn)溫度。
