Принцип работы пьезорезонансного датчика

 

Принцип работы пьезорезонансных датчиков (ПРД) основан на реализации функциональной зависимости параметров колебательной системы пьезоэлемента, возбуждаемого на частоте в окрестностях его механического резонанса от величины измеряемого воздействия.

Рисунок  2.5 Схема включения ПРД и его схема замещения.

 

ЭЭЗС такого преобразователя содержит дополнительные элементы, характеризующие параметры его механической колебательной системы.

Рисунок 2.6 ЭЭСЗ ПРД.

 

,   ,                         

, ,                 (2.7)

где: Q – добротность пьезорезонатора.

Аномалии АЧХ пьезорезонатора обусловлены наличием резонансной частоты колебаний (резонанс скоростей):

,                              (2.8)

а также антирезонансной частоты (резонанс механических напряжений в теле пьезоэлемента):

.                        (2.9)

Управляя эквивалентной ёмкостью пьезорезонансного преобразователя ( ) можно обеспечить его термо – или тензочувствительность. Можно также управлять акусто- или массчувствительностью такого преобразователя.

Использование дополнительных обкладок на поверхности пьезоэлемента значительно расширяет их функциональные и эксплуатационные возможности. Например, на основе пьезорезонаторов с системами дополнительных обкладок на их поверхности создают пьезоэлектрические трансформаторы тока и напряжения, позволяющих производить усиление сигнала по напряжению и току в тысячи раз, создавать высокочувствительные измерительных преобразователей на их основе.

Рисунок 2.7 ЭЭСЗ пьезотрансформаторного измерительного преобразователя.

Выходное напряжение такого преобразователя зависит от величины добротности его колебательной системы:

                   (2.10)

Путем демпфирования резонанса электрическим способом, например, за счет использования дополнительных отрицательных обратных связей удается существенно расширить частотный диапазон датчиков генераторного типа, линеаризовать их рабочие характеристики.

В настоящее время пьезотехника продолжает достаточно интенсивно развиваться, расширяются возможности контрольно-измерительных и технологических устройств на их основе, область их практического применения. При этом приходится решать ряд достаточно трудных задач.

Например, при создании пьезорезонансных измерительных устройств существует проблема акустической развязки колебательной системы преобразователя с элементами конструкции датчика. Для ее решения разрабатывают специальные конструкции первичных измерительных преобразователей, используют принцип локализации колебательной энергии резонатора в его подэлектродной области и т.п.

К достоинствам пьезорезонансных датчиков (ПРД) можно отнести высокую чувствительность, быстродействие, широкий набор модулируемых параметров. Первые попытки создания ПРД предпринимались еще в 40-х годах, но широкое применение в технике нашли только в 60-х годах. Техника ПРД постоянно совершенствуется. В последние годы были разработаны новые типы пьезоэлектрических датчиков, например, на поверхностных акустических волнах (ПАВ-датчики).

Представляет также интерес создание измерительных устройств, основанных на использовании связанных колебаний в сложных конструкциях составных пьезорезонаторов. Достоинствами устройств данного типа являются повышенная чувствительность к измеряемым параметрам и, в тоже время, и возможность использования их в тяжелых условиях эксплуатации.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: