实验 压电式传感器实验
压电传感器的动态响应实验
压电传感器的动态响应实验压电传感器是一种常见的传感器，它利用压电效应来测量力、压力、加速度等物理量。
它的优点包括高灵敏度、快速响应、结构简单等。
在动态响应实验中，我们需要考虑压电传感器的频率响应，因为这关系到它能否正确地测量快速变化的物理量。
以下是一篇关于压电传感器动态响应实验的实验报告。
一、实验目的本实验的目的是探究压电传感器的动态响应特性，了解其在不同频率和振幅下的输出信号表现，以便在实际应用中选择合适的压电传感器，并确保测量结果的准确性。
二、实验原理压电传感器的工作原理是基于压电效应。
当压电传感器受到外力作用时，其内部晶体会发生形变，导致晶体内部电荷分布发生变化，从而产生电信号。
这个电信号与所受外力成正比。
在动态响应实验中，我们通常采用振动台对传感器施加正弦波形的外力，并测量其输出信号。
三、实验步骤1.准备实验器材：压电传感器、振动台、信号发生器、示波器、计算机等。
2.将压电传感器连接到振动台上，确保连接稳定且无松动。
3.通过信号发生器产生不同频率和振幅的正弦波形信号，输入到振动台上，使压电传感器受到不同程度的外力作用。
4.通过示波器实时监测压电传感器的输出信号，并将数据传输到计算机进行记录和分析。
5.重复步骤3和4，进行多次实验，以获取压电传感器在不同条件下的输出信号表现。
6.对实验数据进行整理和分析，绘制压电传感器的频率响应曲线和幅值响应曲线。
四、实验结果及分析1.实验数据整理在实验过程中，我们记录了不同频率和振幅下的压电传感器的输出信号数据。
以下是部分实验数据的表格：根据实验数据，我们绘制了压电传感器的频率响应曲线和幅值响应曲线。
从频率响应曲线中可以看出，随着频率的增加，压电传感器的输出信号逐渐减小。
这主要是因为高频信号会导致传感器的谐振频率发生变化，从而影响其灵敏度和响应速度。
在低频范围内，传感器的输出信号受频率影响较小，因此适用于低频测量。
幅值响应曲线则显示了压电传感器在不同振幅下的输出信号表现。
传感器实验指导书2023
传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。
传感器检测实验报告
一、实验目的1. 了解传感器的基本原理和检测方法。
2. 掌握不同类型传感器的应用和特性。
3. 通过实验，验证传感器检测的准确性和可靠性。
4. 培养动手能力和分析问题的能力。
二、实验原理传感器是将物理量、化学量、生物量等非电学量转换为电学量的装置。
本实验主要涉及以下几种传感器：1. 电阻应变式传感器：利用应变片将应变转换为电阻变化，从而测量应变。
2. 电感式传感器：利用线圈的自感或互感变化，将物理量转换为电感变化，从而测量物理量。
3. 电容传感器：利用电容的变化，将物理量转换为电容变化，从而测量物理量。
4. 压电式传感器：利用压电效应，将物理量转换为电荷变化，从而测量物理量。
三、实验仪器与设备1. 电阻应变式传感器实验装置2. 电感式传感器实验装置3. 电容传感器实验装置4. 压电式传感器实验装置5. 数字万用表6. 示波器7. 信号发生器8. 振动台四、实验步骤1. 电阻应变式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的应变值和电压值。
（4）分析应变值和电压值之间的关系，验证电阻应变式传感器的检测原理。
2. 电感式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的电感值和电压值。
（4）分析电感值和电压值之间的关系，验证电感式传感器的检测原理。
3. 电容传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的电容值和电压值。
（4）分析电容值和电压值之间的关系，验证电容传感器检测原理。
4. 压电式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
压电式传感器标定实验
2020/11/25
2、量程调节
量程调节
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2020/11/25
3、触发方式调节
1.按“Trigger” 键
2.按照要求设 置触发方式
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4、触发电平设置
2020/11/25
判断标准： （1）合适：“Stop”——“Armed”——“Ready”——“Trig’s”——“Stop” （2）噪声触发：“Stop”——“Armed”——“Trig’s”——“Stop”，需增大触发电压 （3）不能触发： “Stop”——“Armed”——“Ready”，需减小触发电压
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❖第三步：实验数据获取
记录曲线及压力跃起时间 打开激波管阀门破膜 示波器“Ready” 放大器置于“工作”
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❖15209882093 ❖小白楼201
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示波器
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1、开机
1.按下“运行/停止”
2.按下“强制触发”
激波管膜片安装
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充气及破膜
1.充气时两个 阀门均需拧紧 2.破膜时拧开 靠墙一端的阀 门，听见破膜 声后拧开另一 个阀门放气
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❖ 第三步：实验数据测量
2.放大器置 于“工作”
1. 砝码 加载
3. 示波器 “运行”， 卸载、触
发
4.放大器“复 位”，光标测
出电压差
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5.改变砝码， 重新测量
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2、动态标定
1.基本概念
Outline 2.实验设备
3.实验内容及步骤
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2.1 基本概念
传感器实验实习报告
一、实习背景随着科技的不断发展，传感器在各个领域得到了广泛的应用。
为了更好地了解传感器的原理和应用，提高自己的实践能力，我参加了本次传感器实验实习。
通过本次实习，我对传感器的原理、结构、工作方式及在实际应用中的重要作用有了更深入的认识。
二、实习目的1. 了解传感器的基本原理、分类、结构和工作方式。
2. 掌握传感器实验的基本操作方法和技巧。
3. 通过实验验证传感器的性能，提高自己的实践能力。
4. 了解传感器在实际应用中的重要作用。
三、实习内容本次实习主要分为以下几个部分：1. 传感器基本原理学习首先，我们学习了传感器的定义、分类、工作原理和性能指标。
传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的装置，它具有测量精度高、响应速度快、便于自动控制等优点。
传感器按照其工作原理可以分为电阻式、电容式、电感式、压电式等。
2. 传感器实验操作（1）电阻应变式传感器实验实验目的：了解电阻应变式传感器的结构、工作原理，掌握电桥测量应变片电阻的微小变化，进而测定悬臂梁的应变。
实验步骤：① 搭建惠斯通电桥，将电阻应变片接入电桥中；② 对悬臂梁施加微小形变，观察应变片电阻的变化；③ 通过电桥测量应变片电阻的微小变化，计算悬臂梁的应变。
（2）压电式传感器实验实验目的：了解压电式传感器的测量振动的原理和方法。
实验步骤：① 将压电传感器安装在振动台上；② 通过低频振荡器产生振动信号，接入振动台；③ 观察压电传感器输出信号的变化，分析振动信号的特点。
3. 传感器性能测试（1）灵敏度测试测试方法：通过改变输入信号的大小，观察输出信号的变化，计算灵敏度。
（2）线性度测试测试方法：在一定的输入范围内，分别测量输出信号，绘制输出信号与输入信号的关系曲线，分析线性度。
（3）频率响应测试测试方法：在一定的频率范围内，分别测量输出信号，绘制输出信号与频率的关系曲线，分析频率响应。
四、实习总结通过本次传感器实验实习，我收获颇丰。
以下是我对本次实习的总结：1. 深入了解了传感器的原理、分类、结构和工作方式。
压电传感器的动态响应实验
吉林大学
仪器科学与电气工程学院
本科生实验报告
实验项目：压电传感器的动态响应实验
学生姓名：
学号：
实验日期：
实验地址：
2010 年月日
一、实验目的
了解压电式传感器的原理、结构及应用
二、实验所用仪器设备
低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主副电源、振动平台
三、实验原理
压电材料在受到一定方向的压力或者拉力作用使它变形时，内部就产生极化现象，同时它的表面产生符号相反的电荷，外力去掉后，又恢复不带电状态。
所以可以通过测压电传感器的电荷来获得压力信息
四、实验步骤
（1）连接好电路
（2）将低频振荡信号接入振动台的激振线圈
（3）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值。
（4）示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形比较观察
五、实验结果与分析
六、实验心得与建议
从实验结果可以看出，在15—17Hz的频段内，显示的电压峰峰值最高，而在其他部分的电压峰峰值却较小，尤其是在低于12Hz 的部分，电压峰峰值很小，由此可见压电元件的频率响应主要集中在频率的中间部分，上限频率取决于机械部分的固有频率，下限响应频率由压电元件及放大器决定，并且压电元件的影响比较大。
【实验报告】压电式传感器测振动实验报告
压电式传感器测振动实验报告篇一：压电式传感器实验报告一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
四、实验步骤：1、压电传感器装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。
4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。
二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。
四、实训内容与操作步骤1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。
2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。
4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。
5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言压电式传感器是一种常见的传感器类型，利用压电效应来测量物理量。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索压电式传感器的工作原理和应用。
实验目的1. 了解压电效应的基本原理；2. 掌握压电式传感器的工作原理；3. 学习使用实验仪器和测量设备；4. 分析压电式传感器在不同应用场景下的特点和限制。
实验器材与方法1. 实验器材：压电式传感器、信号放大器、示波器、电源等；2. 实验方法：将压电式传感器与信号放大器和示波器连接，通过施加外力或改变环境条件，观察传感器输出信号的变化。
实验过程与结果1. 实验一：压力测量将压电式传感器连接到信号放大器和示波器，施加不同的压力到传感器上，并记录示波器上的输出信号。
结果显示，当施加压力时，传感器输出的电压信号随之增加，表明压电式传感器能够准确测量外部压力。
2. 实验二：温度测量将压电式传感器暴露在不同温度环境下，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随温度的升高而增加，说明压电式传感器对温度变化敏感，并可用于温度测量。
3. 实验三：振动测量将压电式传感器固定在振动源上，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随振动频率和振幅的变化而变化，表明压电式传感器能够测量振动的特征。
讨论与分析1. 压电效应是压电式传感器工作的基础，其原理是施加压力或改变温度会使压电材料产生电荷分离和极化，进而产生电压信号。
2. 压电式传感器的优点包括高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域。
然而，它也存在一些限制，如温度和湿度对传感器性能的影响，以及易受机械冲击和振动的干扰。
3. 在实际应用中，压电式传感器可用于压力、温度、振动等物理量的测量，如工业自动化、医疗设备、环境监测等领域。
结论通过本实验，我们深入了解了压电式传感器的工作原理和应用。
压电式传感器具有广泛的应用前景，但在实际使用中需要考虑其特点和限制。
通过进一步的研究和改进，可以提高压电式传感器的性能和可靠性，推动其在各个领域的应用。
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实验压电式传感器实验
实验项目编码：
实验项目时数：2
实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√）
一、实验目的
本实验的主要目的是了压电式传感器的结构特点；熟悉压电传感器的工作原理；掌握压电传感器进行振动和加速度测量的方法。
二、实验内容及基本原理
（一）实验内容
1．压电传感器进行振动和加速度测量的方法
（二）实验原理
压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。
压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。
1．压电效应：
具有压电效应的材料称为压电材料，常见的压电材料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。
压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。
当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图1 (a) 、(b) 、(c)所示。
这种现象称为压电效应。
(a) (b) (c)
图1 压电效应
2．压电晶片及其等效电路
多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜构成两个电极，如图2(a)所示。
当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。
这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉，因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大，但毕竟不是无穷大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。
从结构上看，它又是一个电容器。
因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如2(b)所示。
其中ea=Q/Ca 。
式中，ea为压电晶片受力后所呈现的
电压，也称为极板上的开路电压；Q为压电晶片表面上的电荷；Ca为压电晶片的电容。
实际的压电传感器中，往往用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串联。
压电晶片并联时如图2(c)所示，两晶片正极集中在中间极板上，负电极在两侧的电极上，因而电容量大，输出电荷量大，时间常数大，宜于测量缓变信号并以电荷量作为输出。
(a) 压电晶片(b) 等效电荷源(c) 并联 (d) 压电式加速度传感器
图2 压电晶片及等效电路
压电传感器的输出，理论上应当是压电晶片表面上的电荷Q。
根据图2(b)可知测试中也可取等效电容Ca 上的电压值，作为压电传感器的输出。
因此，压电式传感器就有电荷和电压两种输出形式。
3．压电式加速度传感器
图2(d) 是压电式加速度传感器的结构图。
图中，M是惯性质量块，K是压电晶片。
压电式加速度传感器实质上是一个惯性力传感器。
在压电晶片K上，放有质量块M。
当壳体随被测振动体一起振动时，作用在压电晶体上的力F＝Ma。
当质量M一定时，压电晶体上产生的电荷与加速度a成正比。
4．压电式加速度传感器和放大器等效电路压电传感器的输出信号很弱小，必须进行放大，压电传感器所配接的放大器有两种结构形式：一种是带电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压(即传感器的输出电压)成正比；另一种是带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷量成正比。
电压放大器测量系统的输出电压对电缆电容Cc 敏感。
当电缆长度变化时，Cc 就变化，使得放大器输入电压ei 变化，系统的电压灵敏度也将发生变化，这就增加了测量的困难。
电荷放大器则克服了上述电压放大器的缺点。
它是一个高增益带电容反馈的运算放大器。
当略去传感器的漏电阻Ra 和电荷放大器的输入电阻Ri 影响时，有
图3 是传感器-电缆-电荷放大器系统的等效电路图
Q=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf……（1）。
式中，ei 为放大器输入端电压；ey 为放大器输出端电压ey=-Kei；K 为电荷放大器开环放大倍数；Cf 为电荷放大器反馈电容。
将ey=-Kei 代入式(1)，可得到放大器输出端电压ey 与传感器电荷Q 的关系式：设C=Ca+Cc+Ci
ey=-KQ/[(C+Cf)+KCf] (2)
当放大器的开环增益足够大时，则有KCf>>C+Cf（2）简化为
ey=-Q/Cf (3)
式（3）表明，在一定条件下，电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，而与电缆的分布电容无关，输出灵敏度取决于反馈电容Cf。
所以，电荷放大器的灵敏度调节，都是采用切换运算放大器反馈电容Cf的办法。
采用电荷放大器时，即使连接电缆长度达百
米以上，其灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的主要优点。
5、压电加速度传感器实验原理图
压电加速度传感器实验原理、电荷放大器由图4(a)、(b)所示。
图4(a) 压电加速度传感器实验原理框图
图4(b) 电荷放大器原理图
三、实验用仪器与设备
1．±15V 直流稳压电源2．低频振荡器3．压电传感器4．压电传感器实验模板5．移相器/相敏检波器/滤波器模板6．振动源7．双踪示波器
四、实验方法与步骤
1．按图5所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。
图5 压电传感器振动实验安装、接线示意图
2．将主机箱上的低频振荡器幅度旋钮逆时针转到底(低频输出幅度为零)，调节低频振荡器的频率在6～8Hz 左右。
检查接线无误后合上主机箱电源开关。
再调节低频振荡器的幅
度使振动台明显振动(如振动不明显可调频率)。
3．用示波器的两个通道[正确选择双踪示波器的“触发”方式及其它(TIME/DIV ：在50mS～20mS 范围内选择；VOLTS/DIV：0.5V～50mV 范围内选择)设置]同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。
4．改变低频振荡器的频率(调节主机箱低频振荡器的频率)，，观察输出波形变化。
实验完毕，关闭电源。
5．实验完毕清理实验接线，将实验器件放回原处，关闭电源。
五、实验准备及预习要求
1．认真阅读本指导书中的实验内容，理解并掌握压电传感器的应用。
六、实验注意事项
1．认真预习实验指导书，理解实验原理后方可进行实验。
2．检查接线无误后，请实验教师查看线路，经确认后合上主机箱电源开关
3．实验完毕后清理实验接线，将实验器件放回原处，关闭实验台电源开关。
七、思考题
1．压电传感器应用在什么场合？。