压电式传感器测量加速度的课程设计
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。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。
传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。
压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。
经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。
压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。
电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。
压电式传感器测量加速度课程方案
本文研究设计的压电式传感器测量加速度采用了通用的电子元器件，利用压电式传感器，利用单实践，体现出大学生的动手能力。通过查资料和收集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且有原先的被动接受只是转换为主动寻求只是，这可以收拾学习方法上的一个很大突破。在以往的传统学习模式下，我们可能会记住很多书本知识，但是通过本次设计，我们学会了如何将学到的知识化为自己的东西，学会了怎么良好的处理知识和实践相结合的问题，把握重点，攻克难关，学到用到活学活用。在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在调试设计中有些功能还尚未能开发出来。但在以后的设计中，我们会严格要求自己最求完美。
2.
第三章
上图显示了加速度传感器的结构.它具有两块X切向石英晶体,若对畕体施加压力则在中心电极上产生的电荷是叠加的，由环状弹賛施加的机槭顶载必须比预期沿向上方向所施最大加速度力要大。晶体的两外表面与壳罩相连因而处于低电位.此传感器具有0.62pC/g的输出，并在15kHz左右发生最低频率谐振。两晶体的电容仅有几个pF.从而与任一长度的电缆电容相比均可忽略不计。传感器重约250~300 g,可用螺栓固定=加上电缆.若总电容是500 pF.则开路输出电压是
随着现代科技的发展，传感器的应用也越来越重要，无论是那种传感器在今后的生活中一定是必不可少的应用元件。在现代的军事，家电，汽车，都离不开传感器的应用。因此我们要在以后的学习中更加努力，真正学好这门技术。
参考文献
[1]《传感器的理论与设计基础及其应用》单成祥国防工业出版社
[2]《压电式加速度传感器的结构改进与设计》叶伟国沈国伟绍兴文理学院
传感器的实验报告
课题名称：应用压电式传感器测
量加速度的电路设计
班级：05131102
压电加速度测试系统设计
课程设计说明书题目：压电加速度测试系统设计课程：工程测试技术院、系：机电工程学院学科专业：机械设计制造及其自动化学生：李崧伟，刘嘉豪学号： ***********，*********** 指导教师：***2016 年 6 月15号工程测试技术课程设计任务书（2015—2016学年第 2 学期）指导教师齐忠霞2016 年 6 月15 日目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统设计1.简介现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。
所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。
它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。
振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。
压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。
压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。
2.测试方案设计系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。
最后在PC端对实验数据进行处理并显示。
如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2工作原理压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件，是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
实验 压电式传感器实验
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。
基于压电加速度计的速度测量信号调理电路的课程设计说明书
目录第一章摘要 (2)第二章课题分析 (2)第三章总体设计框图 (3)第四章参数计算 (4)一、压电加速度传感器 (4)4.1压电式加速度传感器原理 (5)4.2 电荷放大器 (6)二、积分电路的设计 (6)4.3积分电路的选择 (6)4.4 参数确定 (7)4.5 选择电路元件 (8)4.6 选择参数计算 (8)4.7 电路调试 (9)第五章电路、仿真图分析 (10)积分电路误差分析 (13)第六章课程设计总结 (14)参考文献 (15)第一章摘要本文介绍了一种基于压电加速度计的速度测量信号调理电路的设计。
近些年来，压电式加速度计在测量冲击和振动等方面有着很广泛的应用，它在精度和长时间稳定性等方面有着优良的保证。
本文详细的介绍了由加速度传感器得到速度测量信号的积分电路的电路设计和参数设计。
积分电路也是应用非常广泛的一种集成运放电路。
它在控制系统中常作为积分环节，在AD变换中用来产生线性度很高的斜坡电压，也可用来产生三角波、锯齿波形，在测量电路中用于实现积分变换，如实现加速度到速度，速度到位移振动信号的变换等。
通过multisim的仿真与测试，示波器记录和分析了该积分电路的工作特性与性能，实现了将加速度电信号转化为速度电信号的可行性。
用0-2.5V的直流信号表示0-10米／秒的速度信号。
可以实现设计参数要求，电路衰减小，频率范围较宽，积分误差小，易于实现。
第二章课题分析基于压电加速度计的速度测量信号调理电路设计，用于将加速度信号转化为速度信号，即将压电加速度计输出的加速度的电信号经过信号调理电路输出为速度的电信号。
加速度传感器只能测量振动加速度，而积分电路正是信号调理器实现加速度信号转化为速度和位移的变换电路。
首先了解压电式加速度传感器的实现原理，它是一种典型的自发式传感器，是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的，其被测物理量加速度与输出的电压信号之间有函数关系。
这次题目要求设计的信号调理电路是在此基础上实现的。
大学传感器课程设计
大学传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握传感器的基本概念、分类和工作原理；2. 学生能够了解传感器在工程领域的应用及其重要性；3. 学生能够掌握传感器性能参数的测试方法，并理解其影响传感器性能的因素；4. 学生能够运用所学的知识，分析并解决实际工程问题。
技能目标：1. 学生能够正确使用传感器进行数据采集，并进行简单的数据处理；2. 学生能够根据实际需求，选择合适的传感器及其配套设备；3. 学生能够运用传感器相关软件进行数据采集、处理和分析；4. 学生能够通过团队协作，完成传感器应用项目的实践操作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感器技术及其应用的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与协作能力；4. 培养学生具备创新意识，能够从实际应用中发现问题、解决问题；5. 增强学生的环保意识，了解传感器在环保领域的应用。
本课程旨在让学生通过理论学习和实践操作，全面掌握传感器技术的基本知识和应用技能，培养学生在工程领域的实际操作能力，以及在实际工作中所需的专业素养和团队协作精神。
课程目标紧密联系课本内容，注重实用性，旨在提高学生的专业素养和工程实践能力。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 传感器基本概念：传感器定义、分类、特点及应用领域；- 教材章节：第一章 传感器概述2. 传感器工作原理：电阻式、电容式、电感式、压电式等传感器的工作原理；- 教材章节：第二章 传感器工作原理3. 传感器性能参数及测试方法：灵敏度、精度、线性度、重复性等参数的测试方法；- 教材章节：第三章 传感器性能参数与测试方法4. 传感器在工程领域的应用：介绍传感器在工业、医疗、环保等领域的具体应用案例；- 教材章节：第四章 传感器应用实例5. 传感器选型与配套设备：根据实际需求，选择合适的传感器及其配套设备；- 教材章节：第五章 传感器选型与配套设备6. 数据采集与处理：传感器数据采集、处理和分析的方法；- 教材章节：第六章 数据采集与处理7. 传感器实践操作：开展团队协作，完成传感器应用项目的实践操作；- 教材章节：第七章 传感器实践操作教学内容安排和进度：1. 前四章节内容，共计12学时，进行理论教学；2. 第五、六章节内容，共计6学时，进行实践操作教学；3. 第七章节内容，共计6学时，开展团队协作项目实践。
基于压电效应的加速度传感器设计
基于压电效应的加速度传感器设计简介加速度传感器是一种常见的传感器，可测量物体的加速度。
本文将介绍一种基于压电效应的加速度传感器设计，该设计利用压电材料的特性来测量加速度。
原理压电效应是指某些晶体材料在受力或压力作用下会产生电荷或电位差的现象。
基于压电效应的加速度传感器利用压电材料的变形来测量加速度。
当加速度作用于传感器时，压电材料会发生微小的形变，从而产生电荷或电位差。
通过测量这种电信号的变化，可以间接测量加速度的大小。
设计要点1. 选择合适的压电材料：根据传感器的特性和应用场景，选择合适的压电材料。
常用的压电材料包括石英、陶瓷和聚合物等。
2. 建立机械结构：设计传感器的机械结构，使压电材料能够受到加速度的作用，并产生相应的电信号。
机械结构应具有合适的灵敏度和稳定性。
3. 电路设计：设计合适的电路来接收和放大压电材料产生的电信号。
电路应具有一定的放大倍数和频率响应特性。
4. 功耗和尺寸优化：对传感器的功耗和尺寸进行优化，以满足应用的需求。
可以考虑使用低功耗电路和微型封装技术。
应用场景基于压电效应的加速度传感器广泛应用于科学研究、工业生产和消费电子等领域。
它可以用于测量物体的加速度、振动和冲击力等参数，为相关领域的研究和应用提供重要数据支持。
结论基于压电效应的加速度传感器设计是一种常见且有效的加速度测量方法。
通过选择合适的压电材料、设计合理的机械结构和电路，并进行功耗和尺寸优化，可以实现高精度和可靠的加速度测量。
该设计在科学研究、工业生产和消费电子等领域有广泛的应用前景。
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《传感器应用技术》课程设计
题目应用压电式传感器测量加速度的电
路设计
姓名徐健学号************ 院（系）电子电气工程学院
班级P10电子信息2班
指导教师朱相磊职称教授
二O一二年七月二日
摘要
现代工业和自动化生产过程中，许多的设备都用到传感器，传感器的应用已经普及到很多的生产车间和生活当中。
此次设计是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
本文介绍了一种压电式加速度传感器，利用压电式传感器来测量运动物体的加速度，本设计的操作简单，具有较高的灵敏度，准确的测量加速度。
根据不同的测量需要可以进行智能调整，以达到提高性价比的目的。
关键字：压电加速度传感器电荷转换电路放大电路A\D转换电路显示电路
目录
摘要................................................ 目录.................................................. 第一章设计概论......................................
1.1 应用的传感器 ..............................................................................................
1.2课题的目的和意义 ....................................................................................... 第二章整体设计方案...................................
2.1测量的示意图 ...............................................................................................
2.2 设计的原理 ..................................................................................................
2.3方框图 ........................................................................................................... 第三章单元电路设计...................................
3.1 测量电路 ......................................................................................................
3.2 放大电路 ......................................................................................................
3.3 A\D转换电路 ...............................................................................................
3.4 显示电路 ...................................................................................................... 第四章整机电路图.....................................
4.1 整机电路介绍
第五章总结与展望..................................... 参考文献..............................................
第一章设计概论
1.1 应用的传感器
压电传感器是以某种介质（如石英晶体或压电陶瓷、高分子材料）的压电效应为基础而工作的。
在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。
因此是一种典型的自发电式传感器。
压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等。
1.2课题的目的和意义
通过本次设计，掌握压电式传感器的的工作原理，了解有关压电式传感器的应用，初步掌握压电式传感器测量加速度的调整和测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立理论和实践的结合，了解每个单元电路之间的关系及相互影响。
初步掌握压电式传感器测量加速度的调整及测试方法。
提高动手能力和排除故障的能力。
第二章整体设计方案
2.1测量的示意图
2.2 设计的原理
压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。
为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。
2.3方框图
第三章 单元电路设计
3.1 测量电路
A\D 转换电
路
测量电路 放大电路
显示电路 控制电路
上图显示了加速度传感器的结构.它具有两块X切向石英晶体,若对畕体施加压力则在中心电极上产生的电荷是叠加的，由环状弹賛施加的机槭顶载必须比预期沿向上方向所施最大加速度力要大。
晶体的两外表面与壳罩相连因而处于低电位.此传感器具有0.62pC/g的输出，并在15kHz左右发生最低频率谐振。
两晶体的电容仅有几个pF.从而与任一长度的电缆电容相比均可忽略不计。
传感器重约250~300 g, 可用螺栓固定=加上电缆.若总电容是500 pF.则开路输出电压是
3.2 放大电路
3.3 A\D转换电路
3.4 显示电路
第四章整机电路图
4.1 整机电路介绍
压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
压电式传感器在测量上灵敏度比较高，因此，在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如提电脑的硬盘抗摔保护，目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。
压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。
第五章总结与展望
本文研究设计的压电式传感器测量加速度采用了通用的电子元器件，利用压电式传感器，利用单实践，体现出大学生的动手能力。
通过查资料和收集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。
并且有原先的被动接受只是转换为主动寻求只是，这可以收拾学习方法上的一个很大突破。
在以往的传统学习模式下，我们可能会记住很多书本知识，但是通过本次设计，我们学会了如何将学到的知识化为自己的东西，学会了怎么良好的处理知识和实践相结合的问题，把握重点，攻克难关，学到用到活学活用。
在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在调试设计中有些功能还尚未能开发出来。
但在以
后的设计中，我们会严格要求自己最求完美。
随着现代科技的发展，传感器的应用也越来越重要，无论是那种传感器在今后的生活中一定是必不可少的应用元件。
在现代的军事，家电，汽车，都离不开传感器的应用。
因此我们要在以后的学习中更加努力，真正学好这门技术。
参考文献
[1]《传感器的理论与设计基础及其应用》单成祥国防工业出版社
[2]《压电式加速度传感器的结构改进与设计》叶伟国沈国伟绍兴文理学院
[3]《传感器原理设计与应用》刘迎春叶湘滨编著国防科技大学出版社
[4]《一种用于涡街流量计的差分电荷放大器的研制》刘三山徐科军朱志海合肥工业大学
[5]《传感器原理及应用》杨利军中南大学出版社。