项目六：轮胎压力监测仪项目六：轮胎压力监测仪 职业能力目标要求：职业能力目标要求：1，掌握压电传感器结构原理；，掌握压电传感器结构原理；2，掌握压力测量的主要方法；，掌握压力测量的主要方法；3，能进行压力测量电路的设计；，能进行压力测量电路的设计；4，学会压力测量电路的调试。，学会压力测量电路的调试。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net一、一、 压电效应压电效应 某些晶体，在一定方向受到外力作用时，内部将某些晶体，在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相反的电荷；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。反的电荷；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称为压电效应。具有压电效应的物质很多，如石现象称为压电效应。具有压电效应的物质很多，如石英晶体、压电陶瓷、压电半导体等。英晶体、压电陶瓷、压电半导体等。 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net1、石英晶体的压电效应、石英晶体的压电效应 石英晶体是一种应用广泛的压电晶体。石英晶体是一种应用广泛的压电晶体。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net纵向压电效应产生的电荷为纵向压电效应产生的电荷为 q qxxxxd dxxxxF Fx x 横向压电效应产生的电荷为横向压电效应产生的电荷为根据石英晶体的对称条件根据石英晶体的对称条件dXY=dXX，所以所以 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net 石石英英晶晶体体的的每每一一个个晶晶体体单单元元中中，有有三三个个硅硅离离子子和和六六个个氧氧离离子子，正正负负离离子子分分布布在在正正六六边边形形的的顶顶角角上上，如如下下图图所所示示。当当作作用用力力为为零零时时，正正负负电电荷荷相相互互平平衡衡，所所以以外部没有带电现象外部没有带电现象, ,而受力后破坏了平衡而受力后破坏了平衡, ,就带电了。就带电了。 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net2，压电材料，压电材料压电材料一般应考虑以下主要特性：压电材料一般应考虑以下主要特性：1) 1) 具有较大的压电常数。具有较大的压电常数。2) 2) 压压电电元元件件的的机机械械强强度度高高、刚刚度度大大并并具具有有较较高高的的固固有振动频率。有振动频率。3) 3) 具有高的电阻率和较大的介电常数。具有高的电阻率和较大的介电常数。4) 4) 具具有有较较高高的的居居里里点点。居居里里点点高高可可以以得得到到较较宽宽的的工工作温度范围。作温度范围。5) 5) 压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性。压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net 二、结构型式二、结构型式 在压电式传感在压电式传感器中，常用两片或器中，常用两片或多片组合在一起使多片组合在一起使用。由于压电材料用。由于压电材料是有极性的，因此是有极性的，因此接法也有两种，如接法也有两种，如下图所示。图下图所示。图a为并为并联接法，图中联接法，图中b为串为串联接法，联接法，a) b)a) b)机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net 三、压力监测电路的设计与制作三、压力监测电路的设计与制作1 1、原理电路图、原理电路图 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net 车内胎被锐物扎破漏气部位的气流声被传声器车内胎被锐物扎破漏气部位的气流声被传声器BM接收，转换成电信号，经电容接收，转换成电信号，经电容C2耦合到晶体三极管耦合到晶体三极管VT放大，再经耦合电容放大，再经耦合电容C3、C4并由电位器并由电位器RP选择音选择音量后，由量后，由SL31集成功率放大器充分放大，由耳机集成功率放大器充分放大，由耳机BE放音。选用放音。选用SL31(或或LA4101)低电压集成功率放大电低电压集成功率放大电路，其使用电压可在路，其使用电压可在24.5V间选择，现用间选择，现用3V工作电工作电源。源。 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net2、制作与调试、制作与调试 印制板参考尺寸为印制板参考尺寸为65mm55mm，可自制。，可自制。电路板可安装在小盒内，传声器电路板可安装在小盒内，传声器BM由屏蔽传声由屏蔽传声器线单独引出，线长器线单独引出，线长1.2m。 在印制电路板非铜箔面装上电池夹。在印制电路板非铜箔面装上电池夹。SL31集成功率放大器焊在铜箔面。元器件全部焊装后，集成功率放大器焊在铜箔面。元器件全部焊装后，装上两节电池，旋动电位器装上两节电池，旋动电位器RP的拨盘，闭合电的拨盘，闭合电源开关，把电位器旋到约源开关，把电位器旋到约13位置处，耳机位置处，耳机BE中有极轻微的中有极轻微的“沙沙沙沙”声。声。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net 如有如有“扑扑扑扑”声出现，说明有自激现象，可声出现，说明有自激现象，可调节电阻调节电阻R5，减小，减小SL31集成功率放大器的增益，集成功率放大器的增益，试试能否消除。试试能否消除。 调节电阻调节电阻R2，使晶体三极管，使晶体三极管VT的工作电流的工作电流Ic值在值在23mA。再调节电阻。再调节电阻R1，使驻极体传声器，使驻极体传声器BM工作状态较佳。工作状态较佳。 调试时耳机调试时耳机BE不必戴在头上，以免突发巨大不必戴在头上，以免突发巨大的声响震伤调试者的耳膜。的声响震伤调试者的耳膜。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net四、压电传感器的应用四、压电传感器的应用 1. YD1. YD型压电式加速度传感器型压电式加速度传感器 它的主要优点是；灵敏度高、它的主要优点是；灵敏度高、体积小、重量轻、测量频率上限较体积小、重量轻、测量频率上限较高、动态范围大。但易受外界干扰，高、动态范围大。但易受外界干扰，在测试前需进行各种校验。在测试前需进行各种校验。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net2. 2. 61006100系列压电加速度计系列压电加速度计 压电加速度计是以压电晶体做敏感件。体积压电加速度计是以压电晶体做敏感件。体积小、重量轻、输出信号大，固有频率高，可用于小、重量轻、输出信号大，固有频率高，可用于测量振动、冲击等信号。测量振动、冲击等信号。其外形其外形见下下图。 机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net3. HZ-95083. HZ-9508型测振表型测振表 HZ-9508 HZ-9508型测振表是用于旋转机械进行振动测量、型测振表是用于旋转机械进行振动测量、简易故障诊断的一种便携式数字显示测振表，用简易故障诊断的一种便携式数字显示测振表，用YDYD型压型压电式加速度传感器作为表头。它除了可测量一般机械振电式加速度传感器作为表头。它除了可测量一般机械振动产生的加速度、速度、位动产生的加速度、速度、位移等参数外，还具有测量移等参数外，还具有测量齿轮、轴承故障产生的高频齿轮、轴承故障产生的高频加速度值的功能，并具有低加速度值的功能，并具有低电压监测功能。其外形结构电压监测功能。其外形结构如右图所示。如右图所示。机电工程分院机电工程分院www.hzvtc.net