壓電式振動傳感器的基本原理及結構類型
發布時間：2022-03-27 09:56:58
壓電式振動傳感器在民用航空飛機、直升機、航空發動機、燃氣輪機上有著廣泛的應用，用來進行模態測試、發動機的振動監測和分析、飛行測試等。壓電式振動傳感器在發動機研制、生產和使用過程中，對發動機進行振動測量和監視，常用于振動監測系統和健康診斷系統中。
1、壓電效應原理
壓電振動傳感器基于正壓電效應，將機械能轉換為電能，即實現“力—電”轉換。某些材料在沿一定方向受到外力作用而變形時，會同時在其兩個相對表面上出現正負相反的等量電荷，且電荷量與施加外力的大小成正比，如圖1所示。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態。這種現象稱為正壓電效應，這種材料稱為壓電材料，由壓電材料制成的元件稱為壓電敏感元件。當感受到外界振動(即外力呈周期性變化)時，壓電敏感元件表面的電荷亦呈現周期性變化，且變化頻率與振動頻率一致。通過對壓電敏感元件表面電荷信號的采集和測量，即可實現振動測量的目的。
2、壓電式振動傳感器的結構類型
壓電式振動傳感器的結構通常采用壓縮式和剪切式兩種形式，具體如圖2所示。所謂壓縮式，是指外力垂直作用于壓電敏感元件表面，會在該面產生電荷；所謂剪切式，是指外力平行作用于壓電敏感元件表面，會在該面產生電荷。相應的，受感器的結構形式也分為壓縮式和剪切式。
壓縮式的結構通常由預緊螺桿、預緊螺栓、質量塊、壓電敏感元件和外殼等組成。敏感元件的預緊方式為預緊螺桿與預緊螺栓間的預緊，預緊螺母預緊力的大小決定了壓電敏感元件以及質量塊的預緊程度。
剪切式的結構通常由預緊筒、質量塊、壓電敏感元件、底座和外殼等組成。敏感元件的預緊方式為環形狀預緊筒。將質量塊與壓電敏感元件箍緊，預緊筒與質量塊間的過盈量決定了壓電敏感元件以及質量塊的預緊程度。
