Κ7=CaK                (9~36)

式中Ca為壓電傳感器的內部電容(F)。

結構特點,壓縮型加速度傳感器,一般壓縮型所示,通過擰緊質量塊對壓電元件施加預壓縮力。這種類型的傳感器結構簡單,靈敏度高,頻率響應高。但對環境影響(如聲學噪聲、基座應變、瞬變溫度等)比較敏感。這是由于其外殼本身就是彈簧―質量系統中的一個彈簧,它與壓電元件的彈簧并聯。因此,殼體所受的任何應力和溫度變化都將影響壓電元件,傳感器產生較大的干擾信號。

壓電式加速度傳感器的結構(a)一般壓縮型;・(b)中心壓縮型;(c)基座隔離壓縮型|〈d)倒置申心壓縮型。

1一外殼,2一質量塊;3一壓電元件;4一基座;5一中心柱;6一螺母;7一硬彈簧。

中心壓縮型。它具有一般壓縮型所具有的靈敏度高、頻響高的優點。而且克服了殼體對環境敏感的缺點。這是因為彈簧、質量塊和壓電元件通過中心柱,用螺母牢固地擰緊在基座上,而不與外殼直接接觸,外殼僅起保護作用。但這種結構仍然要受到基座應變和熱應力的影響。

基座隔離壓縮型。由于采用了特殊形狀的基座,因此降低了基座應變和熱應變力對壓電元件的影響。

倒置中心壓縮型。由于中心柱離開了基座,避免了基座應變的影響。但是,這種結構形式的傳感器裝配比較困難。

剪切型加速度傳感器是利用壓電元件受剪切應力而產生壓電效應。按壓電元件的結構形式,可分為環形剪切型、三角剪切型、隔離剪切型等加速度傳感器。以下通過分析環形剪切型加速度傳感器,來了解剪切型加速度傳感器的原理。

環形剪切型加速度傳感器的圓環形壓電陶瓷和質量環套在傳感器的中心柱上。壓電陶瓷的極化方向平行于傳感器的軸線(z軸)。當傳感器受到軸向振動時,質量環由于慣性產生一滯后,使壓電陶瓷受到一個剪切應力⒎的作用,并在其內外表面產生電荷。其電荷密度σ2=4。因為壓電陶瓷的X軸和y軸等效,所以也可按σ1=5計算。

環形剪切型,加速度傳感器的,靈敏度和頻響都很高,橫向靈敏度比壓縮型小得1一外殼;2一中心柱;3一質量塊; 多,而且結構簡壓電陶瓷基座單,體積小,重環形剪切型壓電式,加速度傳感器,量輕(小至零點幾克),有利于傳感器的微型化。 

但是,由于壓電陶瓷與中心柱之間,以及慣性質     量環與壓電陶瓷之間要用環氧樹脂膠粘結,要求一次裝配成功,因此成品率受到影響。更主要的是由于膠的作用,使用溫度被限制在-55~+260星變7.壓電陶瓷的C范圍,這種傳感器不適宜在更高的溫度環境中使用。

剪切型加速度傳感器由于采用了重心重合的結構,克服了因重心不重合而引起的橫向加速度干擾的缺點。因此它比壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度要小得多。此外,由于壓電元件通常連接到中心柱上,而不與基座直接接觸,有效地隔離了基座應變。而且殼體與彈簧一質量系統隔離,聲學噪聲和瞬變溫度影響也很小。列出了一組丹麥B・K公司產品性能.