压电式传感器振动实验
传感器实验指导书
实验指导书实验一、箔式应变片的温度效应及补偿实验目的：1、认识环境温度变化对传感器输出的影响(零点漂移、灵敏度漂移)；2、 掌握差动电桥电路对温漂的抑制；3、 了解差动电桥电路抗干扰能力。
实验原理：传感器输出不仅反映被测量，环境的其它物理量（温度、电磁、偏载等等）也会对传感器的输出产生影响，即产生干扰。
为了提高测量精度，需提高传感器抗干扰能力，即干扰补偿。
一种有效的补偿措施是差动传感器方法。
含干扰的传感器静态数学模型为：)(3210T f X a X a X a a Y n n +++++=若传感器采用差动方法则有：)()(2222155331T f T f X a X a X a Y -++++=式中，)(T f 为干扰量产生的输出，)(1T f 、)(2T f 为两差动转换元件产生的输出。
通常干扰为共模干扰，即)(1T f 、)(2T f 同号，这样差动传感器的干扰减小，若传感器转换元件完全对称，即)(1T f 、)(2T f 完全相等，则干扰输出为零。
由工艺原因，传感器结构不可能完全对称，即通过差动方法不能完全消除干扰，或是传感器不能采用差动结构，传感器的干扰通常还需采取其它补偿措施。
实验步骤：1、连接主机与模块电源连接线，差动放大器增益置于最大位置(顺时针方向旋到底)，差动放大器“+”“-”输入端对地用实验线短路。
输出端接电压表2V 档。
开启主机电源，用调零电位器调差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
2、 观察贴于悬臂梁根部的应变片的位置与方向，按图(1)将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R 为应变片(可选上梁或下梁中的一个工作片)，图中每两个节之间可理解为实验连接线，注意连接方式，勿使直流电源激励电源短路。
将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。
3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。
振动测试技术学习资料
一、简谐振动有时域测试参数简谐振动中常用的参数为位移、速度、加速度、激振力、振幅和振动频率，其中前五个参数属于时域测试参数。
二、振动测试及信号分析的任务振动测试及信号分析主要有以下五个方面的任务：（1）验证振动理论和计算结果的准确性，也被称为实验验证或工程振动测试中的正问题。
（2）为改进结构优化设计提供充分的实验依据。
（3）查清外界干扰力的激振水平和规律，以便采取措施来减少或控制振动。
（4）检测诊断设备故障。
（5）振动控制。
三、压电式、涡流式及磁电式传感器的机电变化原理。
1、压电式传感器的机电变换原理某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等）在一定的方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生。
这种从机械能（力或变形）到电能（电荷或电场）的变换称为正压电效应。
而从电能（电场或电压）到机械能（变形或力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器。
在振动测量中，由于F=ma,所以压电式传感器是加速度传感器。
2、电涡流传感器的机电变换原理电涡流传感器是一种相对式的非接触传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中检测转轴的振动测量。
3、电动式（磁电式）传感器的机电变换原理电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感应出电动势，因此利用这一原理而产生的传感器称之为电动式（磁电式）传感器。
它实际上是速度传感器。
四、选择振动传感器的原则选择拾振器类型时，要根据测试的要求（如要求测位移、或测速度、加速度、力等）及被测物体的振动特性（如待测的频率范围，估计的振幅范围等），应用环境情况（如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等）结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。
下列情况可用位移拾振器：（1）位移幅值特别重要时（例如，不允许某振动部件在振动时碰到别的物体，即要求振幅时）。
压电式传感器测振动实验.
实验二十一压电式传感器测振动实验一、实验目的：了解压电传感器的原理和测量振动的方法。
二、基本原理：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21—1 (a) 、(b) 、(c)所示。
这种现象称为压电效应。
(a) (b) (c)图21—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21—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21—2(b)所示。
其中e a=Q/C a。
式中，e a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；C a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21—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。
传感器实验报告
传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。
直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。
放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。
（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。
灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。
因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。
在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。
实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。
在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。
（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。
同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。
（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。
实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。
对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。
实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。
不一致。
可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。
振动传感器校准实验
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力传感器 序列号
电荷放大器 放大倍数
锤帽
测试电压值 换算冲击力值
（V）
（N）
灵敏度 PC / N
4. 调整第一通道“伏/格”为1.00V（屏幕左下角显示，
“秒/格”为25ms(屏幕下中显示）；
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六、注意事项
1. 拔插传感器导线时，一定要关闭仪器电源， 否则容易将放大器输入端烧毁。
2. 调节各输出旋钮时要缓慢，调节过程中应
随时观察仪器是否有异常情况，如有异常应立即 关闭仪器电源。
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1. 压电型加速度传感器
压电式加速度传感器最常见的类型有三种，即中
心压缩型、剪切型和三角剪切型。中心压缩型压电加
速度传感器的敏感元件由两个压电晶体片组成，其上
放有一重金属制成的惯性质量块，用一预紧硬弹簧板
将惯性质量块和压电元件片压紧在基座上。整个组件
就构成了一个惯性传感器（见图1）。为了使加速度
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图2
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电涡流传感器的工作原理如图2所示。
当通有交变电流i的线圈靠近导体表面时，
由于交变磁场的作用，在导体表面层就感
生电动势，并产生闭合环流ie，称为电涡
流。电涡流传感器中有一线圈，当给传感
器线圈通以高频激励电流i时，其周围就产
生一高频交变磁场。当被测的导体靠近传
感器线圈时，由于受到高频交变磁场的作
3. 记录测试数据时应待仪器显示稳定后再读 数，并能分析并剔除测试结果的异常数据。
【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。
传感器实验
实验一 （1）金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：εK R R =∆/式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /∆=ε为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压U O14/εEK =。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R2、R3、R 4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw 3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。
关闭主控箱电源。
图1-1 应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，接上桥路电源±4V （从主控箱引入）如图1-2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节Rw 1，使数显表显示为零。
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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甘肃敦煌“鸣沙山”
•产生原因：无 数干燥的沙子 （SiO2晶体）在 振动压力下，表 面产生电荷，在 某些时刻，恰好 形成电压串联， 产生很高的电压， 并通过空气放电 而发出声音。
内蒙古达拉特奇“响沙湾” 6
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玻璃破碎报警装置
将高分子压电测
振薄膜粘贴在玻璃上，
粘贴 位置
可以感受到玻璃破碎
时会发出的振动，并
实验步骤
（5）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。
（6）改变低频振荡器的频率，观察输出波 形变化。
振动 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 频率 V（V）
结果分析
1、改变信号源信号频率，观察输出波形的变 化。
当振荡频率大约为10hz时，产生共振。
2、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器 输入 端和输出端波形。
作业
1、完成实验报告。 2、影响压电传感器测量精度的因素？ 3、压电传感器存在于生活的每个角落,看下面的
事例，说明这是实现什么测量的？还能说出压 电式传感器在其他方面的应用吗？
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高分子压电电缆
图-2补偿过度
图-3 补偿不足
图-4 补偿正确
图-1
实验步骤
（2）将压电传感器安装在振动梁的圆盘上。 （3）将实训台信号源的 “低频输出”接到振
动源的“低频输入”端，并按下图接线。
图5 压电式传感器性能实验接线图
实验步骤
（4）将压电传感器的输出端接到压电传感器 模块的输入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相检 波低通模块低通滤波器输入Ui，输出Uo接示 波器，观察压电传感器的输出波形Uo。
压电式传感器
复习引入
• 1. 问：学过哪几种传统的传感器？其对应的敏 感元件是哪些？答： 式传感器、 式传感 器及 式传感器。
• 2.压电效应现象？
•某些电介质（晶体，极化的陶瓷，高分 子聚合物和负合材料等），当在它的适 当方向施加作用力时，内部会产生电极 化状态的变化，同时在电介质的两端表 面出现符号相反、与外力成正比的束缚 电荷。这种由外力作用而导致电介质带 电的现象即为压电效应。
• 3.问：家里的 燃气灶是如 何实现点火 的？
在燃气灶中，多片串联的压电材料受到 敲击，产生很高的电压，通过尖端放电 而点燃（电子打火机同理）。
甘肃敦煌“鸣沙山”
• 4. 敦煌的鸣沙丘上， 当许多游客在沙丘 上蹦跳或从鸣沙丘 上往下滑时，可以 听到雷鸣般的隆隆 声,是什么原因呢 ？
内蒙古达拉特奇“响沙湾” 5
将电压信号传送给集Biblioteka 中报警系统。质量块
压电式传感器振动实验
实验任务
理解压电传感器的测量振动的原理和方法。
基本原理：
1、压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片 等组成。 2、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。
实验设备
振动源、信号源、直流稳压电源 压电传感器模块、移相检波低通模块
实验步骤
（1）校正示波器输出电压:打开示波器电源 开关，将探头上的开关设定为×1，并与通道1 连接（图1）。将探头端部与CAL校正信号 （5V,1KHZ）输出端连接器相连，基准导线与地 线连接器相连，打开通道，然后按自动设置。 检查所显示波形的形状（见图2、3、4）