1、CompanyLOGO項目八玻璃破碎報警器的設計 壓電效應壓電效應某些電介質，當沿著一定方向對其施力某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶的電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶電的狀態。電的狀態。逆壓電效應逆壓電效應當沿電介質極化方向對其施加電場，這當沿電介質極化方向對其施加電場，這些電介質會產生幾何變形。些電介質會產生幾何變形。壓電材料的主要特性參數壓電材料的主要特性參數壓電常數：衡量壓電效應強弱的參數。壓電常數：衡量壓電效應強弱的

2、參數。彈性常數：決定壓電器件的固有頻率和動態特性。彈性常數：決定壓電器件的固有頻率和動態特性。介電常數：介電常數：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：居里點溫度居里點溫度：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。衡量壓電材料機、電能量轉換效率衡量壓電材料機、電能量轉換效率的重要參數。的重要參數。機械耦合系數：機械耦合系數：石英晶體石英晶體光軸光軸機械軸機械軸電軸電軸橫向壓電效應橫向壓電效應壓電效應壓電效應縱向縱向壓電效應壓電效應不產生不產生石英晶體石英晶體不受不受外力時外力時沿沿 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演示石英晶體的壓電效應演示 當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態力的頻率相同；當動態力變為靜態力時，壓的頻率與動態力的頻率相同；當動態力變為靜態力時，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。當外加電場增強到一定程度，材料的極具有壓電性質。當外加電場增強到一定程度，材料的極化達到飽和程度時，所有電疇極化方向與外電場方向一

4、化達到飽和程度時，所有電疇極化方向與外電場方向一致，即使外電場去掉，電疇極化方向基本不變，此時材致，即使外電場去掉，電疇極化方向基本不變，此時材料才具有壓電特性。料才具有壓電特性。因受力而產生的由機械效應轉變因受力而產生的由機械效應轉變為電效應，將機械能轉變為電能為電效應，將機械能轉變為電能的現象。的現象。正壓電效應：正壓電效應：d33q =F壓電陶瓷的壓電陶瓷的壓電系數壓電系數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，當有外利用壓電材料的壓電效應，當有外力作用在壓電材料上時傳感器就有力作用在壓電材料上時傳感器就有電荷（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：+ + + + + + + + + +并聯并聯串聯串聯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為并聯接法，為并聯接法，圖中圖中b為串聯接法為串聯接法并聯接法適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場合。并聯接法適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場合。 串聯接法適宜用于以電壓作為輸出信號，且測量電路串聯接法適宜用于以電壓作為輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的

6、場合。輸入阻抗很高的場合。壓電傳感器的應用當受到外力作用時，它將產生彈性形變，將力傳遞當受到外力作用時，它將產生彈性形變，將力傳遞到石英晶片上，利用石英晶片的壓電效應實現力到石英晶片上，利用石英晶片的壓電效應實現力電轉換。電轉換。 壓電式測力傳感器壓電式測力傳感器它的測力范圍是它的測力范圍是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%。整個該傳感器。整個該傳感器重為重為10g，可用于機床動態切削，可用于機床動態切削力的測量。力的測量。 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、器當傳感器與被測物體一起受到沖擊振動時，由于彈簧當傳感器與被測物體一起受到沖擊振動時，由于彈簧的剛度相當大，而質量塊的質量相對較小，可認為質的剛度相當大，而質量塊的質量相對較小，可認為質量塊的慣性很小，因此，質量塊與傳感器基座感受到量塊的慣性很小，因此，質量塊與傳感器基座感受到相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力的作相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用，根據牛頓第二定律，此慣性力為用，根據牛頓第二定律，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它的主要優點是；靈敏度高、體積它的主要優點是；靈敏度高、體積小、重量

8、輕、測量頻率上限較高、小、重量輕、測量頻率上限較高、動態范圍大。但易受外界干擾，在動態范圍大。但易受外界干擾，在測試前需進行各種校驗。測試前需進行各種校驗。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是以壓電晶體做敏感件。體積小、壓電加速度計是以壓電晶體做敏感件。體積小、重量輕、輸出信號大，固有頻率高，可用于測量重量輕、輸出信號大，固有頻率高，可用于測量振動、沖擊等信號。其外形見下圖。振動、沖擊等信號。其外形見下圖。 6100系列壓電加速度計系列壓電加速度計HZ-9508HZ-9508型測振表是用于旋轉機械進行振動測量、簡易型測振表是用于旋轉機械進行振動測量、簡易故障診斷的一種便攜

9、式數字顯示測振表，用故障診斷的一種便攜式數字顯示測振表，用YDYD型壓電式型壓電式加速度傳感器作為表頭。它除了可測量一般機械振動產加速度傳感器作為表頭。它除了可測量一般機械振動產生的加速度、速度、位生的加速度、速度、位移等參數外，還具有測量移等參數外，還具有測量齒輪、軸承故障產生的高頻齒輪、軸承故障產生的高頻加速度值的功能，并具有低加速度值的功能，并具有低電壓監測功能。其外形結構電壓監測功能。其外形結構如右圖所示。如右圖所示。HZ-9508型測振表型測振表 壓電元件用來感知玻璃受到撞擊時產生的振動波，壓電元件用來感知玻璃受到撞擊時產生的振動波，外形及內部電路見下圖外形及內部電路見下圖 所示。傳

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

11、相連的場效應管控制柵極板G的偏壓為的偏壓為零，這時零，這時vT（ ），紅色發光二極管（），紅色發光二極管（ ）。當用小）。當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，高度自由落下砸到壓電陶瓷片上時，SP產生負向脈沖電壓，通過二極管產生負向脈沖電壓，通過二極管vD1向電容器向電容器C充電，充電，vT的控制極加上負偏壓，并超過的控制極加上負偏壓，并超過3DJ6H所需所需的夾斷電壓的夾斷電壓-9v，這時，這時vT（ ），紅色發光二極管（），紅色發光二極管（ ）二極管二極管vD2旁路旁路SP在碰撞結束后，隨著電容器在碰撞結束后，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，產生漏源電流，紅色發光二極管）狀態，產生漏源電流，紅色發光二極管逐漸（逐漸（ ），最終電路恢復到初始狀態。），最終電路恢復到初始狀態。晶體管聲、光控開關電路1 1、原理電路圖、原理電路圖 壓力監測電路的設計與制作壓力監測電路的設計與制作 車內胎被銳物扎破漏氣部位的氣流聲被傳聲器車內胎被銳物扎破漏氣部位的氣流聲被傳聲器BM接收，轉換成電信號，經電容接收，轉換成電信號，經電容C2耦合到晶體三極耦合到晶體三極管管VT放大，再經耦合電容放大，再經耦合電容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，由耳機集成功率放大器充分放大，由耳機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，現用間選擇，現用3V工作工作電源。電源。 2、制作與調試、制作與調試 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，傳聲器電路板可安裝在小盒內，傳聲器BM由屏蔽傳聲由屏蔽傳聲器線單獨引出，線長器線單獨引出，線長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，裝上兩節電池，旋動電位器裝上兩節電池，旋動電位器RP的撥盤，閉合電的撥盤，閉合電源開關，把電位器旋到約源開關，把電位器旋到約13位置處，耳機位置處，耳機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，說明有自激現象，可聲出現，說明有自激現象，可調節電阻調節電阻R5，減小，減小SL31集成功率放大器的增益，集成功