压电式加速度传感器的研制

论文摘要

加速度传感器可广泛应用于航空航天、机器人、军事领域中对物体控制等特殊领域。本文在对PZT压电材料的结构、压电机理、压电效应、压电传感器知识的介绍的基础上,阐明了传感器发展的历史现状,以及传感器的工作原理,压电传感器的工作原理,压电加速度传感器又称加速度计,在其受振时质量块加在压电元件上的力也随之变化。同时介绍了反映压电传感器的静态特性主要指标,及实验数据处理的基本方法。本文所研制的压电加速度传感器可用于测量振动。在此基础上本文简述了利用PZT压电元件研制加速度传感器的设计方法,及放大电路设计方法。选用PZT压电元件为弹性元件,利用刚质管材为机座,刚质圆柱体为质量块,导线采用带金属屏蔽网的双股金属导线外加绝缘皮,放大电路选用741集成运放为基本放大电路构成的差动放大电路,电源采用双电源供电。本文阐述了利用自行设计的压电加速度传感器做了初步实验,得到实验数据,并对实验数据进行处理,得到传感器的一些静态特性指标,迟滞特性曲线及迟滞的大小、重复性曲线及其大小、线性度曲线极其大小、传感器的灵敏度以及传感器的准确度等实验结果。试验结果表明用此PZT压电加速度传感器的设计是可行的。并对传感器对出现的问题提出了初步的改进想法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 加速度传感器研究现状
• 1.2.1 加速度传感器
• 1.2.2 压电式加速度传感器
• 1.3 文章结构
• 1.4 文章小结
• 第2章 压电加速度传感器概述
• 2.1 压电加速度传感器工作原理
• 2.2 压电式加速度计的灵敏度
• 2.3 压电加速度传感器的前置放大器
• 2.4 本章小结
• 第3章 PZT 的结构原理与制造工艺
• 3.1 压电效应
• 3.1.1 PZT 的压电效应
• 3.1.2 石英晶体的压电效应
• 3.2 PZT 结构原理与制造工艺
• 3.2.1 PZT 结构与压电原理
• 3.2.2 PZT 压电效应
• 3.2.3 PZT 制造工艺研究进展
• 3.3 本章小结
• 第4章 PZT 压电加速度传感器的设计与制造
• 4.1 传感器设计与制作
• 4.1.1 压电片及引线的制作
• 4.1.2 基座的制作
• 4.1.3 质量块的制作
• 4.1.4 组装
• 4.2 放大电路的设计与制作
• 4.2.1 运算放大器简介
• 4.2.2 741 运算放大器使用说明
• 4.2.3 本文所采用741 放大器的设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 传感器静态特性分析
• 5.1 线性度
• 5.1.1 理论线性度
• 5.1.2 独立线性度
• 5.1.3 端基线性度
• 5.1.4 平均选点线性度
• 5.1.5 最小二乘法线性度
• 5.2 迟滞
• 5.3 重复性
• 5.4 灵敏度
• 5.5 传感器的准确度
• 5.6 本章小结
• 第6章 实验结果
• 6.1 实验数据
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 迟滞特性
• 6.2.2 重复性
• 6.2.3 线性度
• 6.2.4 灵敏度
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢