一種新型沖擊加速度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　0引言

　　自1880年兩位法國科學(xué)家J．Curie和P．Curie在研究石英晶體時(shí)發(fā)現(xiàn)材料的壓電現(xiàn)象以后，在材料學(xué)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(jìn)而發(fā)展到壓電聚合物及其復(fù)合材料。隨著物理學(xué)、材料科學(xué)與各個(gè)學(xué)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(duì)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：工作頻率范圍寬(可從幾赫茲到幾百兆赫)、動(dòng)態(tài)范圍大、頻響時(shí)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(diǎn)和用戶實(shí)際的需求，提出了新的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

　　1工作原理

　　壓電式傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器，其中壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)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(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)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(shí)，具有不同的壓電效應(yīng)，只對(duì)單軸向受力敏感。敏感質(zhì)量是附加質(zhì)量塊，它和壓電晶體構(gòu)成傳感器的敏感芯體，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度作用后便轉(zhuǎn)換成一個(gè)與加速度成正比的力，并加載到壓電晶體上。

　　系統(tǒng)工作原理如圖2所示。測量系統(tǒng)工作時(shí)，壓電式傳感器安裝在待測物體上，傳感器外接信號(hào)變換器。當(dāng)待測物體受到?jīng)_擊產(chǎn)生加速度時(shí)，傳感器產(chǎn)生壓電效應(yīng)，將加速度轉(zhuǎn)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(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后得到與被測加速度成比例的電壓輸出。