Κ7=CaK                (9~36)

式中Ca為壓電傳感器的內(nèi)部電容(F)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn),壓縮型加速度傳感器,一般壓縮型所示,通過(guò)擰緊質(zhì)量塊對(duì)壓電元件施加預(yù)壓縮力。這種類型的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈敏度高,頻率響應(yīng)高。但對(duì)環(huán)境影響(如聲學(xué)噪聲、基座應(yīng)變、瞬變溫度等)比較敏感。這是由于其外殼本身就是彈簧―質(zhì)量系統(tǒng)中的一個(gè)彈簧,它與壓電元件的彈簧并聯(lián)。因此,殼體所受的任何應(yīng)力和溫度變化都將影響壓電元件,傳感器產(chǎn)生較大的干擾信號(hào)。

壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)(a)一般壓縮型;・(b)中心壓縮型;(c)基座隔離壓縮型|〈d)倒置申心壓縮型。

1一外殼,2一質(zhì)量塊;3一壓電元件;4一基座;5一中心柱;6一螺母;7一硬彈簧。

中心壓縮型。它具有一般壓縮型所具有的靈敏度高、頻響高的優(yōu)點(diǎn)。而且克服了殼體對(duì)環(huán)境敏感的缺點(diǎn)。這是因?yàn)閺椈�、質(zhì)量塊和壓電元件通過(guò)中心柱,用螺母牢固地?cái)Q緊在基座上,而不與外殼直接接觸,外殼僅起保護(hù)作用。但這種結(jié)構(gòu)仍然要受到基座應(yīng)變和熱應(yīng)力的影響。

基座隔離壓縮型。由于采用了特殊形狀的基座,因此降低了基座應(yīng)變和熱應(yīng)變力對(duì)壓電元件的影響。

倒置中心壓縮型。由于中心柱離開了基座,避免了基座應(yīng)變的影響。但是,這種結(jié)構(gòu)形式的傳感器裝配比較困難。

剪切型加速度傳感器是利用壓電元件受剪切應(yīng)力而產(chǎn)生壓電效應(yīng)。按壓電元件的結(jié)構(gòu)形式,可分為環(huán)形剪切型、三角剪切型、隔離剪切型等加速度傳感器。以下通過(guò)分析環(huán)形剪切型加速度傳感器,來(lái)了解剪切型加速度傳感器的原理。

環(huán)形剪切型加速度傳感器的圓環(huán)形壓電陶瓷和質(zhì)量環(huán)套在傳感器的中心柱上。壓電陶瓷的極化方向平行于傳感器的軸線(z軸)。當(dāng)傳感器受到軸向振動(dòng)時(shí),質(zhì)量環(huán)由于慣性產(chǎn)生一滯后,使壓電陶瓷受到一個(gè)剪切應(yīng)力⒎的作用,并在其內(nèi)外表面產(chǎn)生電荷。其電荷密度σ2=4。因?yàn)?/span>壓電陶瓷的X軸和y軸等效,所以也可按σ1=5計(jì)算。

環(huán)形剪切型,加速度傳感器的,靈敏度和頻響都很高,橫向靈敏度比壓縮型小得1一外殼;2一中心柱;3一質(zhì)量塊; 多,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)壓電陶瓷基座單,體積小,重環(huán)形剪切型壓電式,加速度傳感器,量輕(小至零點(diǎn)幾克),有利于傳感器的微型化。 

但是,由于壓電陶瓷與中心柱之間,以及慣性質(zhì)     量環(huán)與壓電陶瓷之間要用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié),要求一次裝配成功,因此成品率受到影響。更主要的是由于膠的作用,使用溫度被限制在-55~+260星變7.壓電陶瓷的C范圍,這種傳感器不適宜在更高的溫度環(huán)境中使用。

剪切型加速度傳感器由于采用了重心重合的結(jié)構(gòu),克服了因重心不重合而引起的橫向加速度干擾的缺點(diǎn)。因此它比壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度要小得多。此外,由于壓電元件通常連接到中心柱上,而不與基座直接接觸,有效地隔離了基座應(yīng)變。而且殼體與彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)隔離,聲學(xué)噪聲和瞬變溫度影響也很小。列出了一組丹麥B・K公司產(chǎn)品性能.