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压电传感器的等效电路分析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:压电传感器的压电元件,当它承受沿其敏感轴向的外力作用时,就会在受力纵向或横向表面上出现电荷。因此可以把压电传感器看成为一个电荷源。上述的压电传感器等效电路是只把压电元件作为一个空载的传感器而得到的简化模型。图6.3-2压电传感器的完整等效电路电荷源;电压源压电传感器的灵敏度有两种表示方式,它可以表示为单位力的电压或单位力的电荷。

压电传感器的等效电路分析

压电传感器的压电元件,当它承受沿其敏感轴向的外力作用时,就会在受力纵向或横向表面上出现电荷。在一个极板上聚集正电荷,而在另一个极板上聚集等量的负电荷。因此可以把压电传感器看成为一个电荷源。同时,又可以把它看成是一个以压电材料为介质的电容器,其电容值为

式中 Ca——压电元件的内部电容;

   εr——压电材料相对介电常数

   ε0——真空介电常数;

   S——压电片面积;

   δ——压电片厚度。

因此,可以把压电传感器等效成一个与电容相并联的电荷源,如图6.3-1(a)所示。电容器上的电压Ua、电荷量q与电容Ca三者关系为

图6.3-1 压电传感器的简化等效电路(www.xing528.com)

(a)电荷源;(b)电压源

压电传感器也可以等效为一个电压源,等效电路如图6.3-1(b)所示。

上述的压电传感器等效电路是只把压电元件作为一个空载的传感器而得到的简化模型。

利用压电传感器进行实际测量工作时,它要与测量电路相连接,于是就得考虑电缆电容Cc、放大器的输入电阻Ri、输入电容Ci,以及压电传感器的泄漏电阻Ra。如果把这些因素一同考虑,就得到了压电传感器完整的等效电路,如图6.3-2所示。图6.3-2(a)是电荷等效电路,图6.3-2(b)是电压等效电路,这两种电路的形式虽然不同,但其作用是等效的。

图6.3-2 压电传感器的完整等效电路

(a)电荷源;(b)电压源

压电传感器的灵敏度有两种表示方式,它可以表示为单位力的电压或单位力的电荷。前者称为电压灵敏度Ku,后者称为电荷灵敏度Kq,它们之间可以通过压电元件(或传感器)的电容Ca联系起来,即

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