一種新型的沖擊加速度測量系統(tǒng)設計

0 引言
自1880年兩位法國科學家J．Curie和P．Curie在研究石英晶體時發(fā)現(xiàn)材料的壓電現(xiàn)象以后，在材料學界便引發(fā)了一場壓電材料研究熱。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，壓電材料的種類已經(jīng)由最初的壓電晶體發(fā)展到壓電陶瓷、進而發(fā)展到壓電聚合物及其復合材料。隨著物理學、材料科學與各個學科的交叉發(fā)展，壓電材料被用以研制成了多種用途的傳感器。目前，常用于測量加速度的傳感器主要有壓電式傳感器和壓阻式傳感器，相對而言，壓電式傳感器在溫漂方面性能更好，另外壓電式傳感器具有獨特的優(yōu)點：工作頻率范圍寬(可從幾赫茲到幾百兆赫)、動態(tài)范圍大、頻響時間快、靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好(－20℃～+150℃)。
本測量系統(tǒng)正是基于上述壓電式傳感器的優(yōu)點和用戶實際的需求，提出了新的設計方案，實現(xiàn)了頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕等優(yōu)點。

1 工作原理
壓電式傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器，其中壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變，包括彎曲和伸縮形變時，由于內部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產生電荷的現(xiàn)象。如圖1所示。

壓電晶體是人工極化陶瓷材料，這種材料按不同的晶格方向切割做成壓電晶體片時，具有不同的壓電效應，只對單軸向受力敏感。敏感質量是附加質量塊，它和壓電晶體構成傳感器的敏感芯體，當質量塊受到加速度作用后便轉換成一個與加速度成正比的力，并加載到壓電晶體上。