一種新型的沖擊加速度測量系統(tǒng)設計

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(fā)現(xiàn)材料的壓電現(xiàn)象以后，在材料學界便引發(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、進而發(fā)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(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(yōu)點：工作頻率范圍寬(可從幾赫茲到幾百兆赫)、動態(tài)范圍大、頻響時間快、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)點和用戶實際的需求，提出了新的設計方案，實現(xiàn)了頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕等優(yōu)點。

1 工作原理
壓電式傳感器是利用某些電介質受力后產(chǎn)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(fā)生形變，包括彎曲和伸縮形變時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(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，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。