關(guān)于壓電式傳感器與磁致伸縮位移傳感器的工作原理解析

在生活中，你可能接觸過(guò)各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你可能并不知道它的一些組成部分，比如它可能含有的壓電式傳感器與磁致伸縮位移傳感器。

壓電式傳感器

壓電傳感器是一種基于壓電效應(yīng)的傳感器。它是一種自發(fā)電和機(jī)電轉(zhuǎn)換傳感器。其敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后在表面產(chǎn)生電荷。該電荷被電荷放大器和測(cè)量電路放大并轉(zhuǎn)化為阻抗，然后成為與所受外力成正比的電輸出。壓電傳感器用于測(cè)量力和可以轉(zhuǎn)化為電的非電物理量。其優(yōu)點(diǎn)是帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、重量輕。缺點(diǎn)是部分壓電材料需要防潮措施，輸出直流響應(yīng)較差。需要高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服此缺陷。

壓電傳感器一般由外殼、彈簧、質(zhì)量塊、壓電元件和安裝在外殼內(nèi)的固定座組成。壓電元件一般由兩個(gè)壓電片組成，壓電片的兩個(gè)表面鍍銀。輸出端從銀層或夾在兩層銀層之間的金屬塊引出，輸出端的另一根引線直接連接到傳感器的底座。在壓電片上放置一個(gè)質(zhì)量塊，然后用硬彈簧預(yù)加載質(zhì)量塊，然后將整個(gè)組件安裝在底座的金屬外殼中。為了隔離底座的應(yīng)變傳遞到壓電元件，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的信號(hào)輸出，增加傳感器的抗干擾能力，底座一般加厚或采用剛性較大的材料制成。

使用時(shí)，傳感器底座與試件剛性固定在一起。感覺(jué)振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度比較大，質(zhì)量塊的質(zhì)量比較小，可以認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性小。因此，可以認(rèn)為質(zhì)量塊感受到與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力。這樣，質(zhì)量塊就有一個(gè)與作用在壓電片上的加速度成正比的力。

通過(guò)壓電片的壓電效應(yīng)，在壓電片表面會(huì)產(chǎn)生隨振動(dòng)加速度變化的電壓。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的輸出電壓與力成正比，即傳感器感受到的加速度成正比。將此電壓輸入前置放大器后，即可用普通測(cè)量?jī)x器測(cè)量加速度。例如，通過(guò)在放大器中添加適當(dāng)?shù)姆e分電路，可以測(cè)量振動(dòng)速度和位移。

磁致伸縮位移傳感器

磁致伸縮位移傳感器通過(guò)內(nèi)部非接觸式測(cè)控技術(shù)準(zhǔn)確檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的絕對(duì)位置，測(cè)量被測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值;該傳感器的高精度、高可靠性已在萬(wàn)萬(wàn)的實(shí)際案例中得到廣泛應(yīng)用。由于可動(dòng)磁環(huán)與敏感元件不直接接觸位置，傳感器可用于極其惡劣的工業(yè)環(huán)境，不易受油、溶液、灰塵或其他污染的影響。此外，該傳感器采用高科技材料和先進(jìn)的電子加工技術(shù)，可用于高溫、高壓和高振蕩環(huán)境。

磁致伸縮位移傳感器的測(cè)量元件為波導(dǎo)，波導(dǎo)中的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成。測(cè)量過(guò)程是在傳感器的電子腔內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，電流脈沖在波導(dǎo)內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)外產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)與套在波導(dǎo)上的可動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)作為位置變化，此時(shí)，由于磁致伸縮的作用，在波導(dǎo)中產(chǎn)生應(yīng)變的機(jī)械波脈沖信號(hào)。這種應(yīng)變的機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲速傳輸，并很快被電子室檢測(cè)到。

由于這種應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)中的傳輸時(shí)間與有源磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，因此通過(guò)測(cè)量時(shí)間可以高精度地確定該距離。由于輸出信號(hào)是真正的絕對(duì)值，而不是比例或放大信號(hào)，因此沒(méi)有信號(hào)漂移或值變化，無(wú)需定期重新校準(zhǔn)。

磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量位移傳感器。它采用非接觸式測(cè)量方法。由于用于測(cè)量的活動(dòng)磁環(huán)不直接接觸傳感器本身，因此不會(huì)被摩擦或磨損。因此，它具有使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、安全性好、使用方便等特點(diǎn)。該系統(tǒng)是自動(dòng)化的，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境中也能正常工作。此外，它可以承受高溫、高壓和強(qiáng)振動(dòng)，在機(jī)械位移的測(cè)量和控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

相信通過(guò)閱讀上面的內(nèi)容，大家對(duì)壓電式傳感器與磁致伸縮位移傳感器有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習(xí)過(guò)程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的設(shè)計(jì)水平。