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压电振动传感器的压电效应原理说明

更新时间:2023-02-21   点击次数:380次
  压电振动传感器是一种自发电式和机电转换式传感器,它的敏感元件由压电材料制成。在发动机研制、生产和使用过程中,对发动机进行振动测量和监视,常用于振动监测系统和健康诊断系统中。它在民用航空飞机、直升机、航空发动机、燃气轮机上有着广泛的应用,用来进行模态测试、发动机的振动监测和分析、飞行测试等。
 
  压电效应原理:
 
  压电振动传感器基于正压电效应,将机械能转换为电能,即实现“力—电”转换。某些材料在沿一定方向受到外力作用而变形时,会同时在其两个相对表面上出现正负相反的等量电荷,且电荷量与施加外力的大小成正比。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态。这种现象称为正压电效应,这种材料称为压电材料,由压电材料制成的元件称为压电敏感元件。当感受到外界振动(即外力呈周期性变化)时,压电敏感元件表面的电荷亦呈现周期性变化,且变化频率与振动频率一致。通过对压电敏感元件表面电荷信号的采集和测量,即可实现振动测量的目的。
 

 

  工作原理:
 
  (1)压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数, 它直接关系到压电输出的灵敏度。
 
  (2)压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。
 
  (3)对于一定形状、 尺寸的压电元件, 其固有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
 
  (4)在压电效应中,机械耦合系数等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根; 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。
 
  (5)压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏, 从而改善压电传感器的低频特性。
 
  (6)压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点温度。