加速度测量仪设计制作
基于虚拟仪器的加速度计测试系统方案设计
关键 词 ：虚拟仪器 ； 测试系统 ； 加速度 计
中 图分 类 号 ：ＴＰ １ ＋． ２６ １ 文献 标 识 码 ：Ｂ
Ｔｅ ｔｎｇ ｓ ｓ ｅ ｏ ｃ ｅ ｅ ｏ ｅ ｅ ｓ ｄ ｏ ｉｔ ａ ｎ ｔ ｕ ｅ ｔ ｓ ｉ ｙ ｔ ｍ ｆ ｒ ａ ｃ ｌ ｒ ｍ ｔ ｒ ｂａ ｅ ｎ ｖ ｒ ｕ ｌｉ ｓ ｒ ｍ ｎ
的测试特别是对误差系数 的标定提出了很 高的要求。 目 前加速 度计测试 工 序多 ， 作 复杂 ， 容 易 引起 误 操 作 ， 操 很 同
时测 试系统 不能满 足 自动化 、 快速 化 的测试 要 求 。随着 虚 拟仪 器技 术 的 飞 速 发 展 ， 现 了 Ｐ Ｉ 出 Ｘ 总线 。Ｐ Ｉ 线 是 Ｘ 总 ＰＩ Ｃ 总线 的一种 扩展 总线 ， 其模块 化 、 由于 通用 性 以及标 准 化及软 件兼容 性设计 等优 点 ， 之 成 为 目前应 用 最 广 泛 的 使 测试 总线 。基 于 Ｐ Ｉ 线 的优 点 以及 为 了 有效 的 提高 测 Ｘ 总 试效 率和 自动化水 平 ， 设计 了基 于 Ｐ Ｉ Ｘ 总线 的加速 度计 自 动化 测试系 统 。
Ｋｅ ｗｍ￣ｓ ｙ ｌ ：ＰＸＩ ｕ ｏ ｔ ｓ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ；ａ ｃ ｌ ｒ ｍ ｅ ｅ ；ａ ｔ ｅ ｔ ｙ ｔｍ ｎ ｃｅｅｏ ｔｒ
Ｏ 引
言
度计 的简化模 型如式 （ ） １：
Ｕ — ｋ ＋ ｋａ ＋ ｋａ ｏ ｌｆ ｚ （） １
导 弹武器 系 统 的射 击 精 度 偏 差 主要 是 由惯 性 器 件 测 量误 差 引起 的 ， 而加 速 度计 占其 大 部 分 ， 因此 对 加 速度 计
式 中 ：。 ｋ 为加 速度 计 的零 偏 ； ｋ 为加 速度计 的标 度 因数 ； 。 为加速 度计 的二 阶非 线性 系数 。 加 速度计 在各 个位 置的输 出可 以表示 为式 （） ２：
一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法[发明专利]
![一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/99073b2ec381e53a580216fc700abb68a982addb.png)
(10)申请公布号 CN 102727185 A(43)申请公布日 2012.10.17C N 102727185 A*CN102727185A*(21)申请号 201210249466.6(22)申请日 2012.07.18A61B 5/00(2006.01)(71)申请人重庆邮电大学地址400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号(72)发明人李章勇 陈小波 冷锐 姜瑜王伟 赵志强 张汇泉 刘圣蓉(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司 11275代理人江雪(54)发明名称一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法(57)摘要本发明实施例提供了一种运动能耗测量仪，包括人体个性化参数采集单元，用于采集和存储人体个性化参数；心率传感器，用于测量心率HR ；基础能耗计算单元，用于利用测量心率HR 和所述人体个性化参数计算基础能耗；加速度传感器，用于测量运动加速度；运动做功计算单元，用于利用运动加速度和所述体重W 计算对外做功；运动能耗计算单元，将基础能耗BEE 和对外做功EEact 相加，计算运动能耗；还提供了一种运动能耗测量方法；本发明建立基础能量消耗、心率和个性化参数的线性回归方程，利用加速度传感器测量运动加速度，进一步考虑不同方向的影响因素，结合体重在三个方向分别实施对外做功计算，将心率和运动加速度有效结合，提升了测量精度。
(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书8页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 3 页1.一种运动能耗测量仪，其特征在于，包括：人体个性化参数采集单元，用于采集和存储人体个性化参数，包括身高H 、体重W 、年龄Y 、性别G 和截止心率FLEX_HR ；心率传感器，用于测量心率HR ；基础能耗计算单元，用于利用测量心率HR 和所述人体个性化参数计算基础能耗BEE ；加速度传感器，用于测量运动加速度；运动做功计算单元，用于利用运动加速度和所述体重W 计算对外做功EE act ；运动能耗计算单元，将基础能耗BEE 和对外做功EE act 相加，计算运动能耗EE ，即EE=BEE+EE act 。
基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计
课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分： (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1．仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域，NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者，也是基于PC的数据采集产品的领导者，为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。
但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵，并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集，其输出模拟量为缓变低频信号，采用总线型。
压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件，输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。
由于它具有结构简单、工作可靠等性能，目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。
世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器，都是压电式的。
本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析，同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。
基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器，又称压电加速度计，它也属于惯性式传感器。
它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。
利用传感器测量重力加速度大小的实验设计
利用传感器测量重力加速度大小的实验设计## 实验设计：利用传感器测量重力加速度大小### 1. 引言本实验旨在通过使用传感器测量重力加速度的大小，从而深入了解物体所受的引力。
通过合理设计实验步骤和使用适当的仪器，我们将能够准确地获取重力加速度的数据，并分析实验结果。
### 2. 实验目的掌握传感器测量重力加速度的原理和方法，熟悉相关仪器的使用，以及通过实验数据分析和处理获取准确结果的技能。
### 3. 实验材料和仪器- 加速度传感器- 数据采集器- 支持实时数据记录的计算机软件- 平稳水平的表面- 测试物体（可选）### 4. 实验步骤#### 4.1 设置实验环境确保实验室环境平稳，尽量消除外部干扰因素。
将传感器连接到数据采集器，并确保设备处于工作状态。
#### 4.2 传感器校准在开始实验前，对加速度传感器进行校准，以确保测量结果的准确性。
#### 4.3 测量基准将传感器放置在水平表面上，记录此时的重力加速度测量值，作为实验的基准。
#### 4.4 添加测试物体（可选）若需要测量特定物体的重力加速度，将该物体轻放在传感器附近。
注意保持物体相对静止，避免额外的力干扰。
#### 4.5 进行多次测量进行多次测量，记录每次测量的数据。
确保每次测量前传感器和测试环境都保持一致。
#### 4.6 数据记录与分析使用计算机软件实时记录和保存数据，然后进行数据分析。
计算平均值，并考虑任何异常值的排除。
### 5. 实验注意事项- 保持实验环境平稳，避免外部干扰。
- 传感器校准是确保准确测量的关键步骤。
- 对测试物体的添加需要小心，确保不引入额外的力。
### 6. 实验结果与讨论分析实验数据，得出重力加速度的大小，并与理论值进行比较。
讨论可能的误差来源和改进实验的方法。
### 7. 结论总结实验过程，强调实验的重要性，以及对物体受力的深入理解。
指出实验中的挑战和可能的改进方向。
通过以上实验设计，我们能够系统地测量重力加速度大小，培养学生实验设计和数据分析的能力，深化对物理学原理的理解。
测量重力加速度的重力加速度测量实验
测量重力加速度的重力加速度测量实验标题：测量重力加速度的重力加速度测量实验引言：重力加速度是物理学中的一个基本概念，它代表了物体在自由下落中所获得的速度增加率。
准确测量重力加速度对于许多物理应用和科学研究都至关重要。
本文将详细解读测量重力加速度的实验，包括实验的准备工作、实验过程以及实验的应用和其他专业性角度。
一、实验准备：1. 实验仪器和器材准备：(1) 自由下落装置：包括一个支架、一个准直器和一个释放装置。
(2) 计时器：用于准确测量自由下落物体的时间。
(3) 高精度水平仪：用于调整实验装置的水平度。
(4) 铅球：作为自由下落物体，具有一定质量和球形。
(5) 雷射测距仪：用于精确测量铅球的下落距离。
(6) 温度计：用于测量实验环境的温度。
2. 实验环境准备：(1) 确保实验室的温度和湿度稳定，以避免温度对实验结果的影响。
(2) 调整实验装置的水平度，以确保实验的准确性。
(3) 移除实验装置周围的任何干扰物，例如风扇或其他振动源。
二、实验过程：1. 调整实验装置：(1) 将自由下落装置固定在支架上，确保准直器与释放装置垂直。
(2) 使用高精度水平仪调整实验装置的水平度。
2. 测量重力加速度：(1) 将铅球放置在自由下落装置的释放装置上，并确保它处于稳定状态。
(2) 使用雷射测距仪测量铅球的下落距离。
(3) 释放铅球，并同时启动计时器。
(4) 当铅球触地时，停止计时器。
(5) 重复以上步骤多次，并记录每次实验的下落时间和下落距离。
三、实验应用和专业性角度：1. 应用：(1) 校正其他实验的时间测量：重力加速度测量实验可以提供准确的时间，可用于校正其他实验的时间测量误差。
(2) 建筑结构设计：测量重力加速度可以帮助工程师设计更安全和稳定的建筑结构。
(3) 航天工程：测量重力加速度对于航天器的设计和任务规划至关重要，如发射轨道的计算等。
(4) 弹道学研究：测量重力加速度可以帮助研究弹道学中物体的飞行轨迹和速度变化。
简易重力加速度测量装置
发明与创新·中学生创造天地文河北省唐山市第二中学蒋灏镔利用自由落体运动测量重力加速度在实验室中很常见。
实验时，通常使用打点计时器记录物体自由落体运动的时刻和距离，但这种方法测出来的重力加速度误差较大。
比较先进的测量重力加速度的方法是使用钢球作为自由下落的物体，以光电门作为计时工具。
这种仪器一般需要3个光电门，价格昂贵且不易安装。
于是，我有了制作基于电磁感应的自由落体重力加速度测量仪的想法。
一、设计思路使用磁棒作为自由落体物，以长1400mm、直径20mm 的有机玻璃管为自由落体物体经过的路径，在有机玻璃管外按照固定方向分别在0mm 处、100mm 处、400mm 处、1300mm 处用导线缠绕单匝线圈。
测量时，让有机玻璃管竖直向下，磁棒穿过有机玻璃管外壁的线圈时，有电磁感应产生，导线内有微小的电流，电流的波形是正弦曲线。
以磁棒末端穿过线圈时的波峰时刻作为自由落体物（磁棒）穿过每匝线圈的时刻，根据1=01+1212和2=02+1222得到：=2（22-11）（2-1）。
二、实验数据磁棒自由下落经过有机玻璃管外壁的线圈时，感应电流波形如图1~图5所示。
图1磁棒经过四段线圈时的波形图2磁棒经过第一段线圈时的波形，波峰显示磁棒末端经过线圈的时刻为9.746s简易重力加速度测量装置22创造天地分析以上结果可得，磁棒下落0.1m 时重力加速度的平均值为9.626m/s 2，下落0.4m 时重力加速度的平均值为9.506m/s 2，下落1.3m 时重力加速度的平均值为9.437m/s 2。
三、实验误差分析1.纬度原因。
唐山地区的重力加速度是9.8016m/s 2，比标准值大。
该因素不可避免。
2.空气阻力导致重力加速度减小，该因素影响较小，可忽略不计。
3.封闭线圈中的磁场对自由下落的磁棒有阻碍作用，导致重力加速度减小。
该因素影响较小，可忽略不计。
4.磁棒下落过程中可能与有机玻璃管内壁碰撞，因此改变下落路径，延缓磁棒的下落，导致重力加速度减小。
用凯特摆测量重力加速度（4）
⽤凯特摆测量重⼒加速度（4）实验报告 87姓名:竺贵强学号:PB07210017 系别：0706 实验题⽬:⽤凯特摆测量重⼒加速度实验⽬的:1．学习凯特摆的实验设计思想和技巧2．掌握⼀种⽐较精确的测量重⼒加速度的⽅法实验内容:1. 仪器调节调平⽀架:让摆杆做⼩⾓度摆动，记录⼀个周期的时间，反复测量，并调节⽀架的底座，直到多次测量的⼀个周期误差在0.001秒之内。
2. 测量摆动周期1T 和2T求出平均值为 mm l 5.7443== 根据gl T π2=粗略估算出 s T 7318.18.97445.02=??=π调节四个摆锤的位置，使正挂的摆动周期1T 和倒挂的摆动周期2T 逐渐靠近，⼀般粗调⽤⼤摆锤，微调⽤⼩摆锤，当1T 和2T 接近估计值时，最好移动⼩摆锤，使1T 和2T 的差值⼩于0.001s.当周期的调节达到要求后,分别测量5次的101T 和10g (Ⅰ)计算l, 1h ,1T 和2T 的平均值和不确定度 (1)已求出l 的平均值 mm l 5.744=l 的A 类不确定度为 mm l l l u i i A 17.0)13(3)()(312=-?-=∑= 查表得卷尺的仪?=0.8mm, 683.0t =1.32, p k =1, C=3由22683.0683.0)/()(C k u t U p A 仪?+=得mm l U 3.0)3/8.01()17.032.1()(22683.0=?+?=所以 mm l )3.05.744(±= P=0.683(2)求出1h 的平均值 mm h 5.45933.4598.4595.4591=++=1h 的A 类不确定度为 mm h h h u i i A 15.0)13(3)()(312111=-?-=∑=查表得卷尺的仪?=0.8mm, 683.0t =1.32, p k =1, C=3由22683.0683.0)/()(C k u t U p A 仪?+=得 mm h U 3.0)3/8.01()15.032.1()(221683.0=?+?=所以 mm h )3.05.459(1±= P=0.683(3)求出1T 的平均值 s T T i 74055.11010515111==∑=1T 的A 类不确定度为 s T T T u i i A 00014.0)15(5) ()(512111=-?-=∑=取仪?=0, 查表得 683.0t =1.14,由A u t U 683.0683.0=得s T U 00016.000014.014.1)(1683.0=?=所以 s T )00016.074055.1(1±= P=0.683(4)求出2T 的平均值 s T T i 73990.11010515122==∑=2T 的A 类不确定度为 s T T T u i i A 00011.0)15(5)()(51 2222=-?-=∑=取仪?=0, 查表得 683.0t =1.14,由A u t U 683.0683.0=得s T U 00012.000011.014.1)(2683.0=?=所以 s T )00012.073990.1(2±= P=0.683(Ⅱ)计算g 及其不确定度已知b a l h T T l T T g +=--++=)2(2241222122212π(1)由l T T a 22221+=得 21220677.47445.0273990.174055.1s m a -=?+=下⾯求a 的不确定度传递公式：两边取对数 2ln ln )ln(ln 2221--+=l T T a求微分 dl l dT T T T dT T T T da a 1221222212122211-+++= 系数去绝对值并改成不确定度符号，最后写成不确定度传递公式为 2222212222211)1()2()2(21l T T a U l U T T T U T T T a U ++++= 带⼊数值可求求得a 的不确定度为2222222683.0)0003.07445.01()00012.073990.174055.173990.12()00016.073990.174055.174055.12(0677.4)(?+?+?+?+??=a U 2-10.0017m s =所以 2-10.0017)m 0677.4(s a ±= P=0.683(2)由)2(212221l h T T b --=得 21220065.0)7445.04595.02(273990.174055.1s m b -=-?-= (3)⽐较a 和b 的⼤⼩,%15.0%100=?ab ,可见b 与a 相⽐,b 项可以忽略不计,从⽽可由a lT T g =+=2422212π求得a g 24π= 229.708m/s 0677.44==πg 再求g 的不确定度传递公式两边取对数 a g ln 4ln ln 2-=π求微分 da adg g 11-= 系数去绝对值并改成不确定度符号，最后写成不确定度传递公式为 a g U ag U = 带⼊数值可求的g 的不确定度为 2683.0/004.00017.00677.4708.9)(s m g U =?= 所以 20.004)m /s 9.708(±=g P=0.683误差分析：1. 使⽤⽶尺测量长度,误差太⼤;2. 在实验过程中⽀架底座很难调平,从⽽造成每个周期之间会有偏差;3. 实验中的偶然因素(⽐如振动)会造成周期的变化;4. 实验中发现凯特摆的周期与振幅有⼀定关系,从⽽每次的振幅不同也会造成周期的不同5. 在实验过程中，可能会形成不易察觉的锥⾯摆6. 从数据果看出，测得的⼗个周期数据并不理想，在调节时，两个周期分别为1.74005和1.74003，但在测量⼗个周期时周期的偏差⽐较⼤，可能是由于等待稳定的时间选的不好，导致周期有偏差改进⽅法：先测量⼀个周期，当稳定后，再迅速调到⼗个周期的档测量（这样能保证摆动已经稳定）。
基于LabVIEW的速度和加速的测量实验的模拟 精品
基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟摘要随着科技技术的发展，软件行业日新月异，人们可以用软件编程来实现自己想要的功能，这使得用户在操作上简单了许多，视觉上也清晰明了，易于理解。
本次毕业设计研究的是基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟，用虚拟仪器模拟现实实验。
进入前面板后，用户可以手动操作整个实验过程，也可以清楚的看到滑块在气垫导轨上移动，测量出来的数据也会在计时计数测速仪上显示，能让用户感觉像是在物理实验室做实验一样，给人一种身临其境的感觉。
用户可以通过可视化的界面方便的清楚整个速度和加速度实验的过程，这大大的方便了教师的物理教学。
关键词：LabVIEW,虚拟仪器，速度和加速度The measurement experiment simulation of Velocity andAcceleration Based on LabVIEWAbstractWith the development of science and technology,the software industry with each passing day,people can use software to achieve their want.This allows the user to easier to operate,and the vision is clear and easy to understand.The graduation design research is based on the LabVIEW velocity and acceleration measurement experiment of simulation,virtual instrument was used to simulate real experiment.After entering the front panel,user can manually operating the whole experiment process,and also can clearly see the slider move on the air track.Measured data will be displayed on the timer count speedometer,it can let the user feel like doing the experiment in physics laboratory,giving a surreal and truly musical feeling. Through a visual interface convenient user can know the whole process of velocity and acceleration experiment,this greatly facilitates teachers of physics teaching.Keywords:LabVIEW,virtual instrument,velocity and acceleration目录1绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 选题的意义及应用背景 (1)2 LabVIEW和虚拟仪器 (2)2.1 LabVIEW和虚拟仪器简介 (2)2.2 LabVIEW软件的特点 (3)2.3 LabVIEW使用的优势 (4)2.4虚拟仪器的主要特点 (4)3 速度和加速度的测量实验 (6)3.1 速度和加速的测量 (6)3.2 实验内容及步骤 (7)4 程序实现 (9)4.1 LabVIEW实现的基本思路 (9)4.2 前面板设计 (9)4.3 程序框图设计 (11)4.4 设计演示 (18)4.5 程序发布 (20)5 结语 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1绪论1.1 引言LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
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4.压电材料的主要特性参数 ① 压电常数: 压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直 接关系到压电元件输出灵敏度。 ② 弹性常数: 压电材料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固 有频率和动态特性。 ③ 介电常数: 对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容特 性与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下 限。 ④ 机械耦合系数：它的意义是，在压电效应中，转换输出能量 （如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根，这是衡 量压电材料机—电能量转换效率的一个重要参数。 ⑤ 电阻: 压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电 传感器的低频特性。 ⑥ 居里点温度: 它是指压电材料开始丧失压电特性的温度。
1.石英晶体 石英晶体：俗称水晶，化学成分为SiO2，有天然和人工之分。 突出的优点是性能非常稳定。石英晶体的主要性能特点： ①压电常数小（d＝2.31×10-12C／N），其时间和温度稳定 性极好，常温下几乎不变，在20~200℃内其温度变化率约为 2.15106 /℃ ； ②强度和品质因数高，许用应力高达（6.8~9.8）×107Pa。且 刚度大，能承受700~1000kg／cm2的压力。固有频率高且十 分稳定，动态特性好； ③居里点高，达到573℃，无热释电性，且绝缘性、重复性均 好。 石英是理想的压电传感器的压电材料。石英晶体大多只在标准 传感器、高精度传感器或使用温度较高的传感器中使用，而在 一般要求的测量中，基本上采用压电陶瓷。
加速度测量仪设计制作
1 项目描述 2 相关知识 3传感器的认知 4 项目参考设计方案 5 项目实施与考核
1 项目描述
设计一种加速度测量仪实现对各种振动和冲击进行监测。 1.1 任务要求 1. 以压电传感器为传感元件； 2. 对于加速度的不同能够有明显区别的不同提示，可 酌情加分； 3. 当加速度到达低于或高于一定阈值时能够发出声光 报警，可酌情加分； 4. 鼓励采用单片机为控制单元，可酌情加分； 5. 最终上交调试成功的试验系统—加速度检测仪； 6. 要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用说 明、元件清单、进程表、调试过程描述等。
式中Q-----为产生的电荷 d——压电常数。 F------为在晶体的弹性限度内施加的外力
2.2压电材料的分类及特性 压电式传感器中的压电元件材料主要有三 类：压电晶体（单晶体）：它包括压电石 英晶体和其它压电单晶；经过极化处理的 压电陶瓷（多晶体），也称为晶半导瓷， 为极化处理的多晶体；新型压电材料：有 压电半导体和有机高分子压电材料两种。
如果在 x 轴方向施加拉力，体沿x方向将产生拉伸变形，正负离子的相 对位置也随之变动。如图6-3（b）所示，此时正负电荷重心不再重合， P1的增加，P2、P3的减小，，在x 轴正向呈负电荷，在x 轴负向呈正电 荷。
x ＋ － y ＋ o P1 － y ＋ － ＋ P2 x Fx x Fy y A ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ P1 － － P2 P3 C ＋ o ＋ － B － － － － Fy A － － － － － － ＋ P1 o － － P3 ＋
1.2 相关知识点分析
本项目单元主要讲述压电传感器的各项知识。 具体知识点如下： 1. 掌握压电传生机理； 4. 理解压电元件的结构形式； 5. 掌握压电传感器的等效电路及测量电路； 6. 了解压电传感器的各种应用； 7. 了解振动的测量及频谱分析；
5.压电效应产生的机理
（a）
（b） （c） 图6-1 石英晶体外形与切片
（d）
为了直观地了解石英晶体的压电效应，将构成石英晶体的硅离 子和氧离子在垂直于z 轴的 x y 平面上投影，则等效为一个正 六边形排列。 矩形晶体上受力与产生电荷的关系是：若沿X轴施加压力Fx， 则在与 x 轴垂直的平面（加压的两表面）上分别出现正负电荷； 若沿Y轴施加压力Fy，则在加压的两表面上不出现电荷，电荷 仍然出现在与 x 轴垂直的平面上，只是电荷符号相反。 若将X、Y轴方向施加的压力改为拉力，则产生电荷的位置与 施加压力时相同，仍然出现在与 x 轴垂直的平面上，但电荷的 符号与施加压力时相反。 当然用切向应力作用时也会产生电荷，此时可用力的分解方法 来考虑。通常把沿电轴 X 方向的力作用下产生电荷的压电效应 称为纵向压电效应；把沿机械轴 Y 方向的力作用下产生电荷的 压电效应称为横向压电效应，沿光轴 Z 方向受力时不产生压电 效应。
2 相关知识
2.1压电式传感器的理论基础 压电效应 某些电介质物体在沿一定方向受到外力的作用而发生变形，其 内部就会产生极化现象，并且在其表面上产生电荷，当外力撤 销后，它们又重新回到不带电的状态，这种现象称为正压电效 应。简称压电效应。 反之，在电介质的极化方向施加电场或电压时，这些电介质将 产生几何形变，当撤销外加的电场电压后，电介质的形变也随 之消失，这种现象称为逆压电效应。 压电材料的压电特性常用压电方程来描述： Q=dF （6-1）
2.压电陶瓷 压电陶瓷是人造多晶系压电材料。常用的压电陶瓷有钛酸钡压 电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷(PZT)、铌酸盐系压电陶瓷和铌 镁酸铅压电陶瓷四大类。压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大 得多，所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。 但介电常数、机械性能不如石英好。 由于它们品种多，性能各异，可根据它们各自的特点制作各种 不同的压电传感器。而且制造成本较低，因此，目前国内外生 产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。 3.高分子压电材料 高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯 （PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。其中以PVF2和PVDF的 压电常数最高。