壓電式振動(dòng)傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)

壓電式振動(dòng)傳感器在民用航空飛機(jī)、直升機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)上有著廣泛的應(yīng)用，用來(lái)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析、飛行測(cè)試等。壓電式振動(dòng)傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)研制、生產(chǎn)和使用過(guò)程中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量和監(jiān)視，常用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和健康診斷系統(tǒng)中。

1、壓電效應(yīng)原理

壓電振動(dòng)傳感器基于正壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，即實(shí)現(xiàn)“力—電”轉(zhuǎn)換。某些材料在沿一定方向受到外力作用而變形時(shí)，會(huì)同時(shí)在其兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)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(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)，這種材料稱(chēng)為壓電材料，由壓電材料制成的元件稱(chēng)為壓電敏感元件。當(dāng)感受到外界振動(dòng)(即外力呈周期性變化)時(shí)，壓電敏感元件表面的電荷亦呈現(xiàn)周期性變化，且變化頻率與振動(dòng)頻率一致。通過(guò)對(duì)壓電敏感元件表面電荷信號(hào)的采集和測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)量的目的。

2、壓電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

壓電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)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(huì)在該面產(chǎn)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(huì)在該面產(chǎn)生電荷。相應(yīng)的，受感器的結(jié)構(gòu)形式也分為壓縮式和剪切式。

壓縮式的結(jié)構(gòu)通常由預(yù)緊螺桿、預(yù)緊螺栓、質(zhì)量塊、壓電敏感元件和外殼等組成。敏感元件的預(yù)緊方式為預(yù)緊螺桿與預(yù)緊螺栓間的預(yù)緊，預(yù)緊螺母預(yù)緊力的大小決定了壓電敏感元件以及質(zhì)量塊的預(yù)緊程度。

剪切式的結(jié)構(gòu)通常由預(yù)緊筒、質(zhì)量塊、壓電敏感元件、底座和外殼等組成。敏感元件的預(yù)緊方式為環(huán)形狀預(yù)緊筒。將質(zhì)量塊與壓電敏感元件箍緊，預(yù)緊筒與質(zhì)量塊間的過(guò)盈量決定了壓電敏感元件以及質(zhì)量塊的預(yù)緊程度。

審核編輯：湯梓紅