基于Cymbal的壓電振動(dòng)加速度傳感器性能及小型化研究.pdf

1、本文主要研究了基于金屬-陶瓷壓電復(fù)合換能器——Cymbal換能器的新型振動(dòng)加速度傳感器。針對鈸式換能器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改進(jìn)了傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以達(dá)到縮小體積、增強(qiáng)穩(wěn)定性、充分發(fā)揮鈸式換能器優(yōu)良性能的目的。
　　 研究了壓電振動(dòng)加速度傳感器的敏感元件在振動(dòng)過程中機(jī)械量與電量的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系及產(chǎn)生微弱電荷信號的特性，設(shè)計(jì)了適合該新型振動(dòng)加速度傳感器的電荷放大電路、低通濾波電路及差分放大電路。
　　 研究了新型振動(dòng)加速度傳感器電壓靈

2、敏度的線性特性，對產(chǎn)生非線性誤差的原因進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出了基于C8051F061單片機(jī)的非線性補(bǔ)償電路。研究了分段線性插值法原理，編寫單片機(jī)程序?qū)υ搨鞲衅鬟M(jìn)行了非線性補(bǔ)償。補(bǔ)償后的傳感器非線性誤差為1.2％。研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，利用微型計(jì)算機(jī)和MATLAB工具設(shè)計(jì)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性補(bǔ)償模塊，對該傳感器進(jìn)行了非線性補(bǔ)償。補(bǔ)償后的傳感器非線性誤差為0.36％，傳感器的非線性得到了顯著改善。
　　 設(shè)計(jì)出了基于DS18B20的溫

3、度測量電路，研究了新型振動(dòng)加速度傳感器零位電壓的溫度特性。研究了分段線性插值法原理，編寫單片機(jī)程序?qū)υ搨鞲衅髁阄浑妷哼M(jìn)行了溫漂補(bǔ)償。補(bǔ)償后的傳感器零位電壓的溫度誤差為5.13％。研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，利用微型計(jì)算機(jī)和MATLAB工具設(shè)計(jì)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫漂補(bǔ)償模塊，對該傳感器零位電壓進(jìn)行了溫漂補(bǔ)償。補(bǔ)償后的傳感器零位電壓的溫度誤差為3.66％，加速度傳感器零位電壓的溫度穩(wěn)定性有了極大提高。
　　 研究了新型振動(dòng)加速度傳感器零位電

4、壓的時(shí)間特性，得出該傳感器時(shí)間特性平穩(wěn)，無須進(jìn)行時(shí)漂補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)論。
　　 分析了壓電振動(dòng)加速度傳感器產(chǎn)生橫向靈敏度的原因。推導(dǎo)了任意角度作用力下，壓電振動(dòng)加速度傳感器的靈敏度公式。計(jì)算了靈敏度理論值。搭建了壓電振動(dòng)加速度傳感器的靈敏度測試系統(tǒng)，測試了靈敏度實(shí)際值，并計(jì)算了與理論值之間的相對誤差，分析了誤差產(chǎn)生的原因。推導(dǎo)了壓電振動(dòng)加速度傳感器靈敏度零點(diǎn)的計(jì)算公式，并計(jì)算了確定參數(shù)下傳感器的靈敏度零點(diǎn)。根據(jù)壓電振動(dòng)加速度傳感器橫向靈