压电式传感器测量加速度的课程设计

课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分： (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1．仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域，NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者，也是基于PC的数据采集产品的领导者，为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。

但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵，并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集，其输出模拟量为缓变低频信号，采用总线型。

压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件，输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。

由于它具有结构简单、工作可靠等性能，目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。

世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器，都是压电式的。

本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析，同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。

基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器，又称压电加速度计，它也属于惯性式传感器。

它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。

课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。

传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。

现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。

传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。

压电式传感器是基于压电效应的传感器。

压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。

经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。

压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。

缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。

电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。

课程设计说明书题目：压电加速度测试系统设计课程：工程测试技术院、系：机电工程学院学科专业：机械设计制造及其自动化学生：李崧伟，刘嘉豪学号： ***********，*********** 指导教师：***2016 年 6 月15号工程测试技术课程设计任务书（2015—2016学年第 2 学期）指导教师齐忠霞2016 年 6 月15 日目录1.简介2.测试方案设计3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成3.1.2工作原理3.1.3灵敏度3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器3.2.1测试电路图3.2.2数据计算处理3.3动态信号分析仪4.实验测试流程5.说明总结6.参考文献压电加速度测试系统设计1.简介现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。

压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。

压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。

所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。

2.测试方案设计系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。

最后在PC端对实验数据进行处理并显示。

如下图所示3.测试系统组成3.1压电加速度传感器3.1.1组成由质量块、压电元件、支座以及引线组成如下图所示3.1.2工作原理压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件，是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。

实验压电式传感器实验实验项目编码：实验项目时数：2实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√）一、实验目的本实验的主要目的是了压电式传感器的结构特点；熟悉压电传感器的工作原理；掌握压电传感器进行振动和加速度测量的方法。

二、实验内容及基本原理（一）实验内容1．压电传感器进行振动和加速度测量的方法（二）实验原理压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。

压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。

1．压电效应：具有压电效应的材料称为压电材料，常见的压电材料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。

压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。

当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图1 (a) 、(b) 、(c)所示。

这种现象称为压电效应。

(a) (b) (c)图1 压电效应2．压电晶片及其等效电路多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜构成两个电极，如图2(a)所示。

当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。

这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉，因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大，但毕竟不是无穷大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。

从结构上看，它又是一个电容器。

因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如2(b)所示。

其中ea=Q/Ca 。

式中，ea为压电晶片受力后所呈现的电压，也称为极板上的开路电压；Q为压电晶片表面上的电荷；Ca为压电晶片的电容。

实际的压电传感器中，往往用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串联。

目录第一章摘要 (2)第二章课题分析 (2)第三章总体设计框图 (3)第四章参数计算 (4)一、压电加速度传感器 (4)4.1压电式加速度传感器原理 (5)4.2 电荷放大器 (6)二、积分电路的设计 (6)4.3积分电路的选择 (6)4.4 参数确定 (7)4.5 选择电路元件 (8)4.6 选择参数计算 (8)4.7 电路调试 (9)第五章电路、仿真图分析 (10)积分电路误差分析 (13)第六章课程设计总结 (14)参考文献 (15)第一章摘要本文介绍了一种基于压电加速度计的速度测量信号调理电路的设计。

近些年来，压电式加速度计在测量冲击和振动等方面有着很广泛的应用，它在精度和长时间稳定性等方面有着优良的保证。

本文详细的介绍了由加速度传感器得到速度测量信号的积分电路的电路设计和参数设计。

积分电路也是应用非常广泛的一种集成运放电路。

它在控制系统中常作为积分环节，在AD变换中用来产生线性度很高的斜坡电压，也可用来产生三角波、锯齿波形，在测量电路中用于实现积分变换，如实现加速度到速度，速度到位移振动信号的变换等。

通过multisim的仿真与测试，示波器记录和分析了该积分电路的工作特性与性能，实现了将加速度电信号转化为速度电信号的可行性。

用0-2.5V的直流信号表示0-10米／秒的速度信号。

可以实现设计参数要求，电路衰减小，频率范围较宽，积分误差小，易于实现。

第二章课题分析基于压电加速度计的速度测量信号调理电路设计，用于将加速度信号转化为速度信号，即将压电加速度计输出的加速度的电信号经过信号调理电路输出为速度的电信号。

加速度传感器只能测量振动加速度，而积分电路正是信号调理器实现加速度信号转化为速度和位移的变换电路。

首先了解压电式加速度传感器的实现原理，它是一种典型的自发式传感器，是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的，其被测物理量加速度与输出的电压信号之间有函数关系。

这次题目要求设计的信号调理电路是在此基础上实现的。

大学传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握传感器的基本概念、分类和工作原理；2. 学生能够了解传感器在工程领域的应用及其重要性；3. 学生能够掌握传感器性能参数的测试方法，并理解其影响传感器性能的因素；4. 学生能够运用所学的知识，分析并解决实际工程问题。

技能目标：1. 学生能够正确使用传感器进行数据采集，并进行简单的数据处理；2. 学生能够根据实际需求，选择合适的传感器及其配套设备；3. 学生能够运用传感器相关软件进行数据采集、处理和分析；4. 学生能够通过团队协作，完成传感器应用项目的实践操作。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感器技术及其应用的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与协作能力；4. 培养学生具备创新意识，能够从实际应用中发现问题、解决问题；5. 增强学生的环保意识，了解传感器在环保领域的应用。

本课程旨在让学生通过理论学习和实践操作，全面掌握传感器技术的基本知识和应用技能，培养学生在工程领域的实际操作能力，以及在实际工作中所需的专业素养和团队协作精神。

课程目标紧密联系课本内容，注重实用性，旨在提高学生的专业素养和工程实践能力。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 传感器基本概念：传感器定义、分类、特点及应用领域；- 教材章节：第一章 传感器概述2. 传感器工作原理：电阻式、电容式、电感式、压电式等传感器的工作原理；- 教材章节：第二章 传感器工作原理3. 传感器性能参数及测试方法：灵敏度、精度、线性度、重复性等参数的测试方法；- 教材章节：第三章 传感器性能参数与测试方法4. 传感器在工程领域的应用：介绍传感器在工业、医疗、环保等领域的具体应用案例；- 教材章节：第四章 传感器应用实例5. 传感器选型与配套设备：根据实际需求，选择合适的传感器及其配套设备；- 教材章节：第五章 传感器选型与配套设备6. 数据采集与处理：传感器数据采集、处理和分析的方法；- 教材章节：第六章 数据采集与处理7. 传感器实践操作：开展团队协作，完成传感器应用项目的实践操作；- 教材章节：第七章 传感器实践操作教学内容安排和进度：1. 前四章节内容，共计12学时，进行理论教学；2. 第五、六章节内容，共计6学时，进行实践操作教学；3. 第七章节内容，共计6学时，开展团队协作项目实践。

基于压电效应的加速度传感器设计简介加速度传感器是一种常见的传感器，可测量物体的加速度。

本文将介绍一种基于压电效应的加速度传感器设计，该设计利用压电材料的特性来测量加速度。

原理压电效应是指某些晶体材料在受力或压力作用下会产生电荷或电位差的现象。

基于压电效应的加速度传感器利用压电材料的变形来测量加速度。

当加速度作用于传感器时，压电材料会发生微小的形变，从而产生电荷或电位差。

通过测量这种电信号的变化，可以间接测量加速度的大小。

设计要点1. 选择合适的压电材料：根据传感器的特性和应用场景，选择合适的压电材料。

常用的压电材料包括石英、陶瓷和聚合物等。

2. 建立机械结构：设计传感器的机械结构，使压电材料能够受到加速度的作用，并产生相应的电信号。

机械结构应具有合适的灵敏度和稳定性。

3. 电路设计：设计合适的电路来接收和放大压电材料产生的电信号。

电路应具有一定的放大倍数和频率响应特性。

4. 功耗和尺寸优化：对传感器的功耗和尺寸进行优化，以满足应用的需求。

可以考虑使用低功耗电路和微型封装技术。

应用场景基于压电效应的加速度传感器广泛应用于科学研究、工业生产和消费电子等领域。

它可以用于测量物体的加速度、振动和冲击力等参数，为相关领域的研究和应用提供重要数据支持。

结论基于压电效应的加速度传感器设计是一种常见且有效的加速度测量方法。

通过选择合适的压电材料、设计合理的机械结构和电路，并进行功耗和尺寸优化，可以实现高精度和可靠的加速度测量。

该设计在科学研究、工业生产和消费电子等领域有广泛的应用前景。

实验六 压电加速度和电容传感器实验一、压电加速度传感器实验实验目的：了解压电加速度传感器的原理、结构及应用。

实验准备：预习实验仪器和设备：低频振荡器（激振信号）、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电加速度传感器、双踪示波器。

实验原理：质量块在加速度的作用下产生惯性力，惯性力作用于压电传感器则生成电荷。

实验注意事项：1．双平行梁振动时应无碰撞现象，否则将严重影响输出波形。

必要时可松开梁的固定端，小心调整一个位置再试。

2．低频振荡器的幅度应适当，避免失真。

实验内容：（1）观察装于双平行梁上的压电加速度传感器的结构，它主要由压电陶瓷片及惯性质量块组成。

（2）低频振荡器的输出（V0、GND）接双平行梁的激振器Ⅱ。

（3）低频振荡器的输出（V0）接移相器，移相器的输出接相敏检波器的控制端5（AC）。

（4）将压电加速度传感器的输出接到电荷放大器的输入端，引线要尽量地短，尽可能用屏蔽线。

然后将电荷放大器的输出接到相敏检波器，通过低通滤波接至电压表的输入端，同时在电荷放大器的输出端用示波器观察输出波形（如图14所示）。

（5）卸去测微头。

（6）开启电源，观察双平行梁是否振动，如无，检查低频振荡器的输出是否正确接到激振器Ⅱ上，适当调节低频振荡器的幅度，不宜过大。

（7）用示波器的观察电荷放大器的输出波形和电压表的读数（需要按前面的方法调移相器）。

（8）改变频率，观察输出波形的变化和电压表的读数。

（9）用手轻击试验台，观察输出波形的变化。

可见敲击时输出波形会产生 ，试解释原因。

二、电容传感器实验实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

实验准备：预习实验仪器和设备：电容传感器、电容变换器、差动放大器、F/V表、低通滤波器、激振器、示波器。

实验内容：（1）差动放大器调零，按图14接线。

（2）差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表打到2V档，调节测微头使输出为零。

(3)旋动测微头，每次位移0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。

实验三十七压电加速度式传感器
一、实验目的
了解压电加速度计的结构、原理和应用。

二、实验原理
压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。

压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。

三、实验所需部件
压电式传感器、电荷放大器（电压放大器）、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器。

图（20）
四、实验步骤
1．观察了解压电式加速度传感器的结构：由PZT 双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中。

2．按图（20）接线，低频振荡器输出接“激振II ”端，开启电源，调节振动频率与振幅，用示波器观察低通滤波器输出波形。

3．当悬臂梁处于谐振状态时振幅最大，此时示波器所观察到的波形V P -P 也最大，由此可以得出结论：压电加速度传感器是一种对外力作用变化敏感的传感器。

五、注意事项
做此实验时，悬臂梁振动频率不能过低（1~3H Z），否则电荷放大器将无输出。

压电式传感器实验报告（范文模版）第一篇：压电式传感器实验报告（范文模版）压电式传感器测振动实验一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。

（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。

双踪示波器。

四、实验步骤：1、压电传感器装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。

将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。

将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。

3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。

4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。

光纤式传感器测量振动实验一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。

二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。

三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。

四、实训内容与操作步骤1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。

2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。

3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。

4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。

传感器及检测技术项目一传感器误差与特性分析任务1 检测结果的数据整理1.1.1 测量与测量方法1.检测2.测量方法(1)电测法和非电测法(2)直接测量和间接测量 (3)静态测量和动态测量 (4)接触性测量和非接触性测量 (5)模拟式测量和数字式测量 1.1.2 测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值例：某温度计的量程范围为0-500ºC ，校验时该表的最大绝对误差为6ºC ，试确定其精度等级？查表1.1，精度等级应定为1.5级 任务1：现有0.5级的0~300ºC 和1.0级0~100ºC 的两个温度计，欲测量80ºC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施：0.5级的0~300ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：1.0级的0~100ºC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为：用其测量80ºC 可能出现的最大示值相对误差为：结论：选用1.0级的0~100ºC 的温度计较好。

选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差 2.随机误差3.粗大误差（疏忽误差、过失误差)4.缓变误差⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%1005006%100=⨯=⨯∆=mm m A x γ5.1)0300(%5.0111=-⨯==∆m m m A x γ1)0100(%.01222=-⨯==∆m m m A x γ%25.1%100801%10022=⨯=⨯∆=xx m x γ任务2 传感器特性分析与传感器选用1.2.1 传感器的组成及其分类1.2.2 传感器的静态特性与指标传感器的静态特性指标1.精密度、准确度和精确度2.稳定性3.灵敏度4.线性度（非线性误差）5.迟滞6.可靠性1.2.3 传感器的动态特性与指标1.动态特性2.传感器的阶跃响应3.传感器的频率响应1.2.4 传感器的标定项目二速度与位移测量任务1 压电传感器测量加速度新课导入生活中的压电效应现象及应用新知识讲授知识链接自发电式传感器：以某些电介质的压电效应为基础，外力作用下，在电介质表面上产生电荷，实现力与电荷的转换，完成非电量（动态力、加速度等）的检测，但不能用于静态参数的测量⎩⎨⎧动态特性静态特性⎩⎨⎧动态标定静态标定2.1.1 压电效应 1、压电效应 2、逆压电效应 2.1.2 压电材料1．压电晶体 2．压电陶瓷 3．高分子压电材料2.1.3 压电式传感器测量电路 1．压电元件的等效电路 2．压电式传感器的等效电路任务与实施【任务1】 随着人民生活水平的提高，小轿车已进入了普通百姓家庭之中。

Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告西南科技大学信息工程学院制2019年01月课程名称: 电子技术课程设计 设计题目: 加速度传感器放大电路设计专业班级: 。

学生姓名: 。

学生学号: 。

指导教师: 。

教师职称:。

起止日期: 2019.1.7-2019.1.17学生邮箱:。

西南科技大学《电子技术课程设计》任务书学生日志与师生见面情况西南科技大学信息工程学院《电子技术课程设计》综合评价表说明：（1）评分说明：优：90-100；良：80-89；中：70-79；及格：60-69；不及格：<60。

（2）优秀率：控制在总人数的15-20%之内，并且宁缺毋滥。

（3）课程教学目标根据大纲需求进行调整。

加速度传感器放大电路设计摘要：现代工业和自动化生产过程中，设备的冲击和振动信号通常采用压电加速度传感器来获取，然后需经电荷放大器对传感器输出的电荷信号进行电荷—电压转换，方可用于后续的方大、处理，因此电荷放大器是必不可少的二次仪表。

本设计采用LM358P芯片对压电式加速度传感器的输出信号进行放大，通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。

通过设计，掌握了电路设计的基本方法与技能，达到了课程设计的目的。

关键词：放大电路加速度传感器LM358P第1章设计任务分析与设计方案选择传感器是人们生活中常见的电子器件，而加速度传感器更是运用在生活的方方面面，本设计作为加速度传感器的放大电路，主要功能是将加速度传感器输入的脉冲信号进行放大后输出。

方案设计将简单介绍部分原件以及加速度传感器的选择运用。

综合比较多种加速度传感器，综合运用所学知识设计电路，完成设计要求。

1.1 设计任务分析本设计为压电式加速度传感器放大电路设计，其核心在于收集采样信号和信号放大两个方面。

信号的输入需要选择合适的传感器，信号放大也需要相应的电荷放大器。

第7章压电式传感器（2学时）本章主要内容7.1 压电式传感器的基本原理7.2 压电式传感器的测量转换电路7.3 压电式传感器的应用教学要求及重点、难点一. 教学要求1. 了解压电式传感器基本原理，2. 熟悉压电式传感器的测量转换电路3. 了解压电式传感器的应用二. 重点、难点压电式传感器的测量转换电路概述压电式传感器是利用某些电介质材料(如石英晶体)具有压电效应现象制成的。

有些电介质材料在一定方向上受到外力(压力或拉力)作用而变形时，在其表面上产生电荷从而可以实现对非电量的检测。

压电式传感器具有体积小、重量轻、频带宽等特点，适用于对各种动态力、机械冲击与振动的测量，广泛应用在力学、声学、医学、宇航等方面。

压电式传感器是一种无源传感器，大多数是利用正向压电效应制成的。

外力去掉后，又回到不带电状态，这种将机械能转换成电能的现象，称为正向压电效应，简称压电效应。

当然这种电介质材料也具有逆压电效应，即在相应表面上施加电压后，电介质材料会发生机械变形；去掉电压后，变形立即消失，它将电能转换成机械能。

逆压电效应也称电致伸缩效应。

7.1 压电式传感器的基本原理一. 压电效应与压电材料1. 压电效应某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面产生电荷。

当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。

压电效应分为正向压电效应和逆向压电效应。

某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。

当外力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种将机械能转换为电能的现象，称为正压电效应。

相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生一定的机械变形或机械应力，这种现象称为逆向压电效应，也称为电致伸缩效应。

图6.1所示压电元件受力变形后的几种基本形式。

2. 压电材料：具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机-电能量的相互转换，具有一定的可逆性，如图4.71 所示。

核准通过，归档资料。

未经允许，请勿外传！传感器课程设计系别：机电工程系专业：模具设计与制造姓名学号：Z********一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。

而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。

压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。

概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。

二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。

三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：1、方案一 压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1所示：压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。

这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。

电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出压电加速度 传感器电荷放大器信号处理电路A/D转换电路图1 压电加速度测量系统结构框图电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。

压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言：压电式传感器是一种常用的传感器，利用压电效应将压力、力或加速度等物理量转换为电信号。

本实验旨在通过实际操作，了解压电式传感器的工作原理、特性及应用，并通过实验数据分析，探讨其在工程领域中的应用前景。

实验装置与步骤：实验装置包括压电式传感器、信号放大电路、数据采集卡和计算机等。

首先，将压电式传感器连接至信号放大电路，再将信号放大电路与数据采集卡相连，最后将数据采集卡连接至计算机。

在实验过程中，需要注意保持实验环境的稳定，避免外界干扰。

实验一：压电式传感器的特性测试在此实验中，我们将测试压电式传感器的灵敏度、频率响应和线性度等特性。

首先，将压电式传感器固定在测试台上，然后通过施加不同大小的压力来模拟实际应用中的不同工况。

同时，通过改变施加压力的频率，测试传感器的频率响应特性。

最后，记录并分析实验数据，得出传感器的灵敏度和线性度等参数。

实验二：压电式传感器在振动测量中的应用压电式传感器在振动测量中有着广泛的应用。

在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同振动源的振动信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。

通过对振动信号的频谱分析，我们可以了解振动源的频率成分及其强度，从而为工程设计提供参考依据。

实验三：压电式传感器在压力测量中的应用压电式传感器在压力测量中也有着重要的应用。

在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同压力下的电信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。

通过对压力信号的变化趋势进行分析，我们可以了解被测对象的压力状态及其变化规律，从而为工程设计提供参考依据。

实验结果与分析：通过实验数据的分析，我们可以得出压电式传感器的灵敏度、频率响应、线性度等参数。

同时，我们还可以通过对振动信号和压力信号的分析，了解被测对象的振动状态和压力状态。

这些分析结果对于工程设计和故障诊断等领域具有重要的参考价值。

结论：压电式传感器是一种常用的传感器，具有灵敏度高、频率响应广、线性度好等优点。

传感器方面的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握传感器的基本概念、分类和工作原理，理解传感器在工程和日常生活中的应用。

2. 使学生了解不同类型传感器的特点，如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等，并能阐述其工作原理及用途。

3. 引导学生掌握传感器输出信号的处理方法，学会运用简单的电路对传感器信号进行读取和分析。

技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识，进行传感器选型、连接和使用，解决实际问题。

2. 提高学生的动手操作能力，能够设计简单的传感器应用电路，进行数据采集和处理。

3. 培养学生的团队协作能力，通过小组合作完成传感器的实际应用项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感器技术及其应用的兴趣，激发学生的学习热情和探究精神。

2. 增强学生的环保意识，认识到传感器在节能减排和环境保护方面的重要作用。

3. 引导学生树立正确的价值观，认识到科技发展对人类社会的积极影响，培养社会责任感和使命感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论知识与实际操作，培养学生的实际应用能力。

学生特点：学生为初中年级，具备一定的物理知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇，善于合作学习。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，鼓励学生动手实践和思考，提高学生的实际应用能力。

在教学过程中，关注学生的学习进度，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 传感器基础知识：- 传感器的定义、功能与分类- 传感器的工作原理与性能参数- 传感器在工程和日常生活中的应用案例2. 常见传感器介绍：- 温度传感器：热敏电阻、热电偶等- 压力传感器：应变片式、压电式等- 光敏传感器：光敏电阻、光电管等- 其他传感器：湿度传感器、声音传感器等3. 传感器信号处理：- 传感器信号的读取与转换方法- 简单电路的设计与搭建：放大电路、滤波电路等- 传感器输出信号的数据分析与处理4. 传感器应用实例：- 实例分析：智能家居、环境监测等- 传感器选型、连接与使用方法- 设计简单的传感器应用电路，进行数据采集与处理5. 实践活动：- 小组合作完成传感器应用项目- 动手制作简单的传感器装置，如温度控制器、光线报警器等- 分析实验结果，撰写实验报告教学内容根据课程目标和教学要求，参考教材相关章节进行组织。