鈸式壓電復(fù)合振動(dòng)加速度傳感器的研究.pdf

1、本文主要研究了具有高縱向壓電系數(shù)的新型金屬／壓電陶瓷復(fù)合換能器(下稱鈸式換能器)在振動(dòng)加速度傳感器中的應(yīng)用。建立了鈸式振動(dòng)加速度傳感器的二階系統(tǒng)模型，給出了靈敏度頻率響應(yīng)特性以及在ω<<ω0時(shí)的計(jì)算公式。用實(shí)驗(yàn)和有限元的方法分析了鈸式換能器的力一位移特性和電場(chǎng)一位移特性。在有限元軟件ANSYS8．0中建立了鈸式換能器的軸對(duì)稱模型，并對(duì)模型施加應(yīng)力和電場(chǎng)，分析了換能器的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其縱向應(yīng)變和等效壓電常數(shù)de33的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和ANS

2、YS計(jì)算結(jié)果具有很好的匹配性。研究了鈸式換能器的固有諧振頻率，并對(duì)鈸式換能器的制作工藝對(duì)其固有諧振頻率的影響進(jìn)行了分析。 根據(jù)振動(dòng)傳感器的敏感元件在振動(dòng)過程中機(jī)械量與電量的相互轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生微弱電荷信號(hào)的特性，設(shè)計(jì)了電荷放大電路。并對(duì)設(shè)計(jì)電荷放大器的頻率特性，帶寬和噪聲進(jìn)行了分析。 用理論計(jì)算結(jié)合實(shí)驗(yàn)的方法，分析了電壓靈敏度Sv與鈸式換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)加速度a和加載質(zhì)量M之間的關(guān)系，得出了以下結(jié)果：(1)當(dāng)端帽厚度fb增加

3、，則電壓靈敏度減小；(2)電壓靈敏度隨著內(nèi)腔高度f。的增加而增加，在tc=O．5mm時(shí)達(dá)到最大值，而后減小；(3)壓電陶瓷PZT的厚度fp增加，電壓靈敏度增加。(4)在一定的振動(dòng)加速度范圍內(nèi)，鈸式振動(dòng)加速度傳感器的電壓靈敏度的輸出保持一個(gè)穩(wěn)定的值。(5)質(zhì)量塊的質(zhì)量M增大，電壓靈敏度Sv增加。當(dāng)加載質(zhì)量或應(yīng)力超出端帽的承載范圍時(shí)，端帽將失去彈性，輸出電壓靈敏度與質(zhì)量塊的質(zhì)量不再是線性關(guān)系。并得出，當(dāng)鈸式換能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為tb=O．15m