一種新型沖擊加速度測量系統的設計方案

　　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現材料的壓電現象以后，在材料學界便引發了一場壓電材料研究熱。經過一百多年的發展，壓電材料的種類已經由最初的壓電晶體發展到壓電陶瓷、進而發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點：工作頻率范圍寬(可從幾赫茲到幾百兆赫)、動態范圍大、頻響時間快、靈敏度高、溫度穩定性好(－20℃～+150℃)。

　　本測量系統正是基于上述壓電式傳感器的優點和用戶實際的需求，提出了新的設計方案，實現了頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕等優點。

　　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生形變，包括彎曲和伸縮形變時，由于內部電荷的極化現象，會在其表面產生電荷的現象。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。

　　系統工作原理如圖2所示。測量系統工作時，壓電式傳感器安裝在待測物體上，傳感器外接信號變換器。當待測物體受到沖擊產生加速度時，傳感器產生壓電效應，將加速度轉換為電荷量，通過高精度電荷放大器將電荷量變換為電壓量，再經信號調理電路處理后得到與被測加速度成比例的電壓輸出。