压电式加速度传感器的研制

黑龙江大学

硕士学位论文

压电式加速度传感器的研制

姓名：郭宝清

申请学位级别：硕士

专业：电子与通信工程

指导教师：温殿忠

20081022

中文摘要

中文摘要

加速度传感器可广泛应用于航空航天、机器人、军事领域中对物体控制等特殊领域。本文在对ＰＺＴ压电材料的结构、压电机理、压电效应、压电传感器知识的介绍的基础上，阐明了传感器发展的历史现状，以及传感器的工作原理，压电传感器的工作原理，压电加速度传感器又称加速度计，在其受振时质量块加在压电元件上的力也随之变化。同时介绍了反映压电传感器的静态特性主要指标，及实验数据处理的基本方法。本文所研制的压电加速度传感器可用于测量振动。

在此基础上本文简述了利用ＰＺＴ压电元件研制加速度传感器的设计方法，及放大电路设计方法。选用ＰＺＴ压电元件为弹性元件，利用刚质管材为机座，刚质圆柱体为质量块，导线采用带金属屏蔽网的双股金属导线多，Ｉ－／３Ｈ绝缘皮，放大电路选用７４１集成运放为基本放大电路构成的差动放大电路，电源采用双电源供电。本文阐述了利用自行设计的压电加速度传感器做了初步实验，得到实验数据，并对实验数据进行处理，得到传感器的一些静态特性指标，迟滞特性曲线及迟滞的大小、重复性曲线及其大小、线性度曲线极其大小、传感器的灵敏度以及传感器的准确度等实验结果。试验结果表明用此ＰＺＴ压电加速度传感器的设计是可行的。并对传感器对出现的问题提出了初步的改进想法。关键词：压电效应ＰＺＴ压电材料压电传感器放大电路

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｕｃｈａｓａｅｒｏｓｐａｃｅ，

ｏｎｒｏｂｏｔｉｃｓａｎｄｍｉｌｉｔａｒｙｏｂｊｅｃｔｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｓｔｏｒｙ

ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰＺＴｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ

Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｈｅｏｒｙ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ

ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ

ｂｌｏｃｋａｄｄｓｅｎｓｏｒｅｆｆｅｃｔａｎｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅＬａｌｓｏｋｎｏｗｎａｓａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓ，ｗｈｅｎｉｔｉｓｖｉｂｒａｔｉｎｇ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｔｈａｔｓｔａｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｔｈｅｏｎｓｈｉｆｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ

ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｃａｎｄａｔａｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｅｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ．

ｏｎＯｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｏｕｔｌｉｎｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｒａｎｓｄｕｃｅｒＰＺＴ

ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌｅｍｅｎｔａｎｄａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｕｓｉｎｇ．ＰＺＴ

ｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｑｕａｌｉｔｙｔｕｂｅｉｓｕｓｅｄ

ｉｓｕｓｅｄａｓａｓｂａｓｅａｎｄｑｕａｌｉｔｙｃｙｌｉｎｄｅｒｂｌｏｃｋｑｕａｌｉｔｙｂｌｏｃｋ．Ｄｏｕｂｌｅ—ｓｔｒａｎｄｅｄｍｅｔａｌｗｉｒｅａｐｐｅｎｄｗｉｔｈｍｅｔａｌｓｈｉｅｌｄａｎｄ

ｏｎｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｋｉｎｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｗｉｒｅ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄ７４１ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ

ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｕｓｅｄａｓａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ．ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｍａｎｉｐｕｌａｔｅｄｂｙｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｈｉｃｈＷａｓｓｅｌｆ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｗｅｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｓｔａｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｅｎｓｏｒａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｃｌｕｄｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｃｕｗｅａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｆｃｕｒｖｅ，ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅ，ｉｉｎｅａｒｉｔｙｃｕｒｖｅａｎｄｔｈｅｓｉｚｅｏｆｃｕｒｖｅ，ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｃｃｕｒａｃｙ．

ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇＰＺＴｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｓｖｉａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｆｆｅｃｔ，ＰＺＴｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｍｕ—ｃｉｒｃｕｉｔ

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独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨蕉选太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

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学位论文作者签名：蓦蹿ｌ

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第１章绪论

第１章绪

１．１课题研究的目的和意义论

加速度传感器应用与设计的要求最初是由航空航天、机器入、军事领域中对物体控制等特殊领域中提出的。例如，在航空航天领域，由于各种运载工具和飞航系统在飞行过程中，来自自身推力系统产生的振动以及大气环境的影响而产生的振动直接影响系统的飞行姿念和运行轨迹。因此，必须随时监测其各类负载的振动状态。但是长期以来，我国各种大型运载工具和飞行器上测控用的加速度传感器都是单轴结构，只有一维功能，故无法提供全面的加速度信息，必须同时采用多个一维加速度传感器，这在一定程度上制约了对飞行器飞行姿态测试和控制的精确性和有效性ＩＩ吲。显而易见，只能获取一维加速度分量与同时获得测量处六维加速度信息是有着本质上的区别的。所以对多维加速度传感器的研究具 …… 此处隐藏：7797字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……