基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器的加速度傳感器研究.pdf

1、鈸式結(jié)構(gòu)壓電換能器因其特殊的結(jié)構(gòu)，等效壓電常數(shù)比典型結(jié)構(gòu)壓電換能器高數(shù)十倍，自提出以來(lái)一直是壓電復(fù)合換能器的研究熱點(diǎn)，已成功應(yīng)用于水聽器、能量收集器以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。早期鈸式壓電換能器僅通過(guò)粘結(jié)劑將壓電材料和金屬端帽進(jìn)行固連，易造成鈸式換能器在循環(huán)載荷或大功率大位移作用下產(chǎn)生粘結(jié)層脫膠失效，影響其使用性能，限制了其應(yīng)用范圍。本文研究的新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器除了使用粘結(jié)劑進(jìn)行固連外，同時(shí)通過(guò)螺栓進(jìn)行機(jī)械連接，提高了疲勞強(qiáng)度，使其可以承受

2、更高的激勵(lì)電壓和輸出更大的位移，拓寬了鈸式壓電換能器的應(yīng)用領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。
　　本文首先通過(guò)對(duì)鈸式換能器結(jié)構(gòu)的理論分析和有限元分析，給出了換能器的位移—電壓數(shù)學(xué)模型，并對(duì)構(gòu)建的理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證，接著推導(dǎo)出了靈敏度和等效壓電常數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式，分析了換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)與其性能的關(guān)系，同時(shí)分析了新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器相比早期鈸式壓電換能器的優(yōu)點(diǎn)。然后根據(jù)理論分析和有限元分析結(jié)果，確定了新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)，并研究了

3、制作工藝，制作了換能器樣品。在傳感器信號(hào)處理部分，本文設(shè)計(jì)了電荷放大電路和低通濾波電路，實(shí)現(xiàn)了換能器輸出信號(hào)的阻抗轉(zhuǎn)換，濾除了信號(hào)中的高低頻干擾信號(hào)，并設(shè)計(jì)制作了PCB印刷電路板。最后基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器設(shè)計(jì)制作了一種加速度傳感器。
　　在鈸式壓電加速度傳感器的實(shí)驗(yàn)研究中，本文進(jìn)行了鈸式壓電換能器和壓電陶瓷的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了質(zhì)量塊對(duì)換能器性能的影響。同時(shí)研究了電荷放大電路中反饋電阻阻值對(duì)輸出信號(hào)的影響，最后對(duì)鈸式壓電加速度傳