壓縮式壓電加速度傳感器簡(jiǎn)介

　　S-彈簧；W-墊片；B-基座

　　3.1 正反向靈敏度的差異

　　這主要由各部件間的接觸剛度的不同和變化引起的。實(shí)際上，壓縮式壓電傳感器的作用原理如圖4所示 。其剛性元件與彈性元件均不處于理想狀態(tài)，它們相互之間存在一種接觸剛度。由于各個(gè)部件加工的光潔度不同，緊固螺紋不同以及壓電晶體片表面金屬膜的厚度、均勻度、光潔度不同，由于裝配過(guò)程安裝部件的相對位置不同及安裝力矩的差異，所以各部件間的接觸剛度不同。這種接觸剛度直接影響壓電傳感器系統的有效剛度。因而使各個(gè)壓縮式傳感器的靈敏度幅值線(xiàn)性度不一樣。

　　接觸剛度比預緊彈簧的剛度大得多，當外加加速度很小時(shí)，它的作用不明顯，致使傳感器的正反向靈敏度的幅值線(xiàn)性度基本相同；當外加加速度很大時(shí)，接觸剛度開(kāi)始起作用，又因為接觸剛度是非線(xiàn)性變化的物理量，因而使傳感器的線(xiàn)性變差，而且使其正反向靈敏度的幅值線(xiàn)性相差較大?？梢酝浦?，這種接觸剛度也會(huì )影響傳感器的長(cháng)期穩定性。

　　3.2 “飽和現象”

　　這主要是預緊彈簧的預緊力不足造成的。彈簧經(jīng)過(guò)調整后，若預緊彈簧對慣性質(zhì)量塊施加的預壓力為f ，當傳感器受到軸向動(dòng)態(tài)加速度作用時(shí)，則壓電晶體片受到的合成壓力為：

　　式中：m為等效慣性質(zhì)量（包括預緊彈簧、墊片及壓電晶體片自身的質(zhì)量）。當正向安裝時(shí)，的符號為正。當反向安裝時(shí)，的符號為負。所以，當傳感器基座向上加速運動(dòng)時(shí)，慣性質(zhì)量塊有向下運動(dòng)的趨勢，因而產(chǎn)生一個(gè)指向基座的慣性力，使壓電晶體片上的壓縮力增大；相反，當傳感器基座向下加速運動(dòng)時(shí) ，慣性質(zhì)量塊有向上運動(dòng)的趨勢，產(chǎn)生背向基座的慣性力，則使壓電晶體片上的壓縮力減小。由式（5）可以看出 ，對于反向安裝的情況，當 =f時(shí)，F≤0，壓電晶體片的壓縮力不存在，它只承受自身負載的作用，所以出現了“飽和現象”。

　　要想增大“飽和加速度”的數值，就得加大對預緊彈簧的預緊力。預緊彈簧對慣性質(zhì)量塊的靜態(tài)預壓力必須遠遠超過(guò)傳感器基座在沖擊振動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的最大動(dòng)態(tài)應力?？墒?，此預緊力不能無(wú)限增高。由式（5）可知，若增加預緊力，則在正向安裝的情況，壓電晶體片所承受的壓縮力提高，相對地說(shuō)，只有使動(dòng)態(tài)應力值減小才能使傳感器保持相同的強度，所以降低了“失效加速度”的數值，這個(gè)靜態(tài)預緊力通過(guò)試驗方法確定 。

　　鑒于上述分析可以看出，當被測加速度的動(dòng)態(tài)范圍很大時(shí)，壓縮式壓電傳感器的幅值線(xiàn)性度變差；被測加速度超過(guò)1 000 m／s？2時(shí)，正向與反向加速度靈敏度存在一定的偏差。對于要求測量反向沖擊加速度值的傳感器，必須進(jìn)行反向靈敏度幅值線(xiàn)性度的檢定，以減小測量誤差。檢定規程對壓電加速度的幅值線(xiàn)性度規定比較嚴格，對于壓縮式傳感器而言，實(shí)質(zhì)上是指正向靈敏度，若想兼顧反向靈敏度就會(huì )超差，為此應對其反向靈敏度的幅值線(xiàn)性做專(zhuān)門(mén)的補充規定。

　　參考文獻

　?。?］黃繼昌，徐巧魚(yú)，張海貴，傳感器工作原理及應用實(shí)例［M］北京：人民郵電出版社1998.

　?。?］ 雷玉堂，王慶友，光電檢測技術(shù)［M］北京：中國計量出版社1997

　?。?］欒桂冬，張全鐸，王仁乾。壓電換能器和換能器陣［M］北京：北京大學(xué)出版社，1990.

　?。?］王矜奉，姜祖桐，石瑞大。壓電振動(dòng)［M］。北京： 科學(xué)出版社，1989.88-136.

　?。?］孫寶元，張貽恭？壓電石英傳感器及動(dòng)態(tài)切削測力儀［M］北京：計量出版社，1985.

　?。?］唐納德 L，哈孟德著(zhù)；潘景程譯。石英晶體片元件設計導論［M］北京：宇航出版社，1987.

　?。?］張國忠，趙家貴，檢測技術(shù)［M］北京：中國計量出版社1998