1、CompanyLOGO項(xiàng)目八玻璃破碎報(bào)警器的設(shè)計(jì) 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝δ承╇娊橘|(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而使它變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶的電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。電的狀態(tài)。逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)當(dāng)沿電介質(zhì)極化方向?qū)ζ涫┘与妶?chǎng)，這當(dāng)沿電介質(zhì)極化方向?qū)ζ涫┘与妶?chǎng)，這些電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生幾何變形。些電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生幾何變形。壓電材料的主要特性參數(shù)壓電材料的主要特性參數(shù)壓電常數(shù)：衡量壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)。壓電常數(shù)：衡量壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的

2、參數(shù)。彈性常數(shù)：決定壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。彈性常數(shù)：決定壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。介電常數(shù)：介電常數(shù)：其絕緣電阻將減少電荷泄漏，改善壓電傳其絕緣電阻將減少電荷泄漏，改善壓電傳感器的低頻特性。感器的低頻特性。電阻：電阻：居里點(diǎn)溫度居里點(diǎn)溫度：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度。：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度。衡量壓電材料機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換效率衡量壓電材料機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。機(jī)械耦合系數(shù)：機(jī)械耦合系數(shù)：石英晶體石英晶體光軸光軸機(jī)械軸機(jī)械軸電軸電軸橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)縱向縱向壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)不產(chǎn)生不產(chǎn)生石英晶體石英晶體不受不受外力時(shí)外力時(shí)沿沿 X X

3、軸軸受力受力沿沿 Y Y 軸軸受力受力石英晶體的壓電效應(yīng)演示石英晶體的壓電效應(yīng)演示 當(dāng)力的方向改變時(shí)，電荷的極性隨之改變，輸出電當(dāng)力的方向改變時(shí)，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí)，壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí)，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。壓電陶瓷壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，呈電中性，不壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，呈電中性，不具有壓電性質(zhì)。當(dāng)外加電場(chǎng)增強(qiáng)到一定程度，材料的極具有壓電性質(zhì)。當(dāng)外加電場(chǎng)增強(qiáng)到一定程度，材料的極化達(dá)到飽和程度時(shí)，所有電疇極化方向與外電場(chǎng)方向一

4、化達(dá)到飽和程度時(shí)，所有電疇極化方向與外電場(chǎng)方向一致，即使外電場(chǎng)去掉，電疇極化方向基本不變，此時(shí)材致，即使外電場(chǎng)去掉，電疇極化方向基本不變，此時(shí)材料才具有壓電特性。料才具有壓電特性。因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔転殡娦?yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象。的現(xiàn)象。正壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)：d33q =F壓電陶瓷的壓電陶瓷的壓電系數(shù)壓電系數(shù)電荷量電荷量壓電式傳感器壓電式傳感器基本原理：基本原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)，當(dāng)有外利用壓電材料的壓電效應(yīng)，當(dāng)有外力作用在壓電材料上時(shí)傳感器就有力作用在壓電材料上時(shí)傳感器就有電荷（或電壓）輸出電荷（或電壓）輸出壓電元

5、件的連接方式：壓電元件的連接方式：+ + + + + + + + + +并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)輸出輸出電荷大電荷大輸出輸出電壓電壓高高在壓電式傳感器中，在壓電式傳感器中，常用兩片或多片組常用兩片或多片組合在一起使用。由合在一起使用。由于壓電材料是有極于壓電材料是有極性的，因此接法也性的，因此接法也有兩種，如下圖所有兩種，如下圖所示。圖示。圖a為并聯(lián)接法，為并聯(lián)接法，圖中圖中b為串聯(lián)接法為串聯(lián)接法并聯(lián)接法適宜測(cè)量慢變信號(hào)且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。并聯(lián)接法適宜測(cè)量慢變信號(hào)且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。 串聯(lián)接法適宜用于以電壓作為輸出信號(hào)，且測(cè)量電路串聯(lián)接法適宜用于以電壓作為輸出信號(hào)，且測(cè)量電路輸入阻抗很高的

6、場(chǎng)合。輸入阻抗很高的場(chǎng)合。壓電傳感器的應(yīng)用當(dāng)受到外力作用時(shí)，它將產(chǎn)生彈性形變，將力傳遞當(dāng)受到外力作用時(shí)，它將產(chǎn)生彈性形變，將力傳遞到石英晶片上，利用石英晶片的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)力到石英晶片上，利用石英晶片的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換。電轉(zhuǎn)換。 壓電式測(cè)力傳感器壓電式測(cè)力傳感器它的測(cè)力范圍是它的測(cè)力范圍是050N，最小，最小分辨率為分辨率為0.01N，絕緣阻抗為，絕緣阻抗為，固有頻率為固有頻率為5060kHz。非線性。非線性誤差小于誤差小于1%。整個(gè)該傳感器。整個(gè)該傳感器重為重為10g，可用于機(jī)床動(dòng)態(tài)切削，可用于機(jī)床動(dòng)態(tài)切削力的測(cè)量。力的測(cè)量。 壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器壓電加速度傳感

7、器當(dāng)傳感器與被測(cè)物體一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，由于彈簧當(dāng)傳感器與被測(cè)物體一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度相當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，可認(rèn)為質(zhì)的剛度相當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，可認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小，因此，質(zhì)量塊與傳感器基座感受到量塊的慣性很小，因此，質(zhì)量塊與傳感器基座感受到相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力為用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力為maF 傳感器輸出的電荷與作用力成正比，即傳感器輸出的電荷與作用力成正比，即amdFdQ.1111它的主要優(yōu)點(diǎn)是；靈敏度高、體積它的主要優(yōu)點(diǎn)是；靈敏度高、體積小、重量

8、輕、測(cè)量頻率上限較高、小、重量輕、測(cè)量頻率上限較高、動(dòng)態(tài)范圍大。但易受外界干擾，在動(dòng)態(tài)范圍大。但易受外界干擾，在測(cè)試前需進(jìn)行各種校驗(yàn)。測(cè)試前需進(jìn)行各種校驗(yàn)。YD型壓電式加速度傳感器型壓電式加速度傳感器壓電加速度計(jì)是以壓電晶體做敏感件。體積小、壓電加速度計(jì)是以壓電晶體做敏感件。體積小、重量輕、輸出信號(hào)大，固有頻率高，可用于測(cè)量重量輕、輸出信號(hào)大，固有頻率高，可用于測(cè)量振動(dòng)、沖擊等信號(hào)。其外形見(jiàn)下圖。振動(dòng)、沖擊等信號(hào)。其外形見(jiàn)下圖。 6100系列壓電加速度計(jì)系列壓電加速度計(jì)HZ-9508HZ-9508型測(cè)振表是用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量、簡(jiǎn)易型測(cè)振表是用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量、簡(jiǎn)易故障診斷的一種便攜

9、式數(shù)字顯示測(cè)振表，用故障診斷的一種便攜式數(shù)字顯示測(cè)振表，用YDYD型壓電式型壓電式加速度傳感器作為表頭。它除了可測(cè)量一般機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)加速度傳感器作為表頭。它除了可測(cè)量一般機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的加速度、速度、位生的加速度、速度、位移等參數(shù)外，還具有測(cè)量移等參數(shù)外，還具有測(cè)量齒輪、軸承故障產(chǎn)生的高頻齒輪、軸承故障產(chǎn)生的高頻加速度值的功能，并具有低加速度值的功能，并具有低電壓監(jiān)測(cè)功能。其外形結(jié)構(gòu)電壓監(jiān)測(cè)功能。其外形結(jié)構(gòu)如右圖所示。如右圖所示。HZ-9508型測(cè)振表型測(cè)振表 壓電元件用來(lái)感知玻璃受到撞擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波，壓電元件用來(lái)感知玻璃受到撞擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波，外形及內(nèi)部電路見(jiàn)下圖外形及內(nèi)部電路見(jiàn)下圖 所示。傳

10、感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成所示。傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報(bào)警使用時(shí)，將傳感器用膠粘貼在玻璃上，然后供給報(bào)警使用時(shí)，將傳感器用膠粘貼在玻璃上，然后通過(guò)電纜和報(bào)警電路連接。通過(guò)電纜和報(bào)警電路連接。R3906V紅色紅色VT3DJ6HGVD1VD2SPDsC0.022F壓電傳感開(kāi)關(guān)電路壓電傳感開(kāi)關(guān)電路壓電傳感開(kāi)關(guān)電路中，壓電傳感開(kāi)關(guān)電路中，vT采用場(chǎng)效應(yīng)管采用場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6H，SP采用壓電陶瓷片。接通電源時(shí)，電容器采用壓電陶瓷片。接通電源時(shí)，電容器C極板兩端電極板兩端電壓為零，與之相連的場(chǎng)效應(yīng)管控制柵極板壓為零，與之

11、相連的場(chǎng)效應(yīng)管控制柵極板G的偏壓為的偏壓為零，這時(shí)零，這時(shí)vT（ ），紅色發(fā)光二極管（），紅色發(fā)光二極管（ ）。當(dāng)用小）。當(dāng)用小的物體從的物體從10cm高度自由落下砸到壓電陶瓷片上時(shí)，高度自由落下砸到壓電陶瓷片上時(shí)，SP產(chǎn)生負(fù)向脈沖電壓，通過(guò)二極管產(chǎn)生負(fù)向脈沖電壓，通過(guò)二極管vD1向電容器向電容器C充電，充電，vT的控制極加上負(fù)偏壓，并超過(guò)的控制極加上負(fù)偏壓，并超過(guò)3DJ6H所需所需的夾斷電壓的夾斷電壓-9v，這時(shí)，這時(shí)vT（ ），紅色發(fā)光二極管（），紅色發(fā)光二極管（ ）二極管二極管vD2旁路旁路SP在碰撞結(jié)束后，隨著電容器在碰撞結(jié)束后，隨著電容器C上上 電壓由于元器件漏電而逐漸降低，小于夾斷

12、電壓，電壓由于元器件漏電而逐漸降低，小于夾斷電壓，vT處于（處于（ ）狀態(tài)，產(chǎn)生漏源電流，紅色發(fā)光二極管）狀態(tài)，產(chǎn)生漏源電流，紅色發(fā)光二極管逐漸（逐漸（ ），最終電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。），最終電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。晶體管聲、光控開(kāi)關(guān)電路1 1、原理電路圖、原理電路圖 壓力監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)與制作壓力監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)與制作 車內(nèi)胎被銳物扎破漏氣部位的氣流聲被傳聲器車內(nèi)胎被銳物扎破漏氣部位的氣流聲被傳聲器BM接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電容接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電容C2耦合到晶體三極耦合到晶體三極管管VT放大，再經(jīng)耦合電容放大，再經(jīng)耦合電容C3、C4并由電位器并由電位器RP選擇選擇音量后，由音量后，由SL31集成

13、功率放大器充分放大，由耳機(jī)集成功率放大器充分放大，由耳機(jī)BE放音。選用放音。選用SL31(或或LA4101)低電壓集成功率放大低電壓集成功率放大電路，其使用電壓可在電路，其使用電壓可在24.5V間選擇，現(xiàn)用間選擇，現(xiàn)用3V工作工作電源。電源。 2、制作與調(diào)試、制作與調(diào)試 印制板參考尺寸為印制板參考尺寸為65mm55mm，可自制。，可自制。電路板可安裝在小盒內(nèi)，傳聲器電路板可安裝在小盒內(nèi)，傳聲器BM由屏蔽傳聲由屏蔽傳聲器線單獨(dú)引出，線長(zhǎng)器線單獨(dú)引出，線長(zhǎng)1.2m。 在印制電路板非銅箔面裝上電池夾。在印制電路板非銅箔面裝上電池夾。SL31集成功率放大器焊在銅箔面。元器件全部焊裝后，集成功率放大器焊在銅箔面。元器件全部焊裝后，裝上兩節(jié)電池，旋動(dòng)電位器裝上兩節(jié)電池，旋動(dòng)電位器RP的撥盤，閉合電的撥盤，閉合電源開(kāi)關(guān)，把電位器旋到約源開(kāi)關(guān)，把電位器旋到約13位置處，耳機(jī)位置處，耳機(jī)BE中有極輕微的中有極輕微的“沙沙沙沙”聲。聲。 如有如有“撲撲撲撲”聲出現(xiàn)，說(shuō)明有自激現(xiàn)象，可聲出現(xiàn)，說(shuō)明有自激現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻R5，減小，減小SL31集成功率放大器的增益，集成功