壓電式振動傳感器在民用航空飛機、直升機、航空發(fā)動機、燃氣輪機上有著廣泛的應(yīng)用，用來進行模態(tài)測試、發(fā)動機的振動監(jiān)測和分析、飛行測試等。壓電式振動傳感器在發(fā)動機研制、生產(chǎn)和使用過程中，對發(fā)動機進行振動測量和監(jiān)視，常用于振動監(jiān)測系統(tǒng)和健康診斷系統(tǒng)中。
1、壓電效應(yīng)原理
壓電振動傳感器基于正壓電效應(yīng)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，即實現(xiàn)“力—電”轉(zhuǎn)換。某些材料在沿一定方向受到外力作用而變形時，會同時在其兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的等量電荷，且電荷量與施加外力的大小成正比，如圖1所示。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，這種材料稱為壓電材料，由壓電材料制成的元件稱為壓電敏感元件。當(dāng)感受到外界振動(即外力呈周期性變化)時，壓電敏感元件表面的電荷亦呈現(xiàn)周期性變化，且變化頻率與振動頻率一致。通過對壓電敏感元件表面電荷信號的采集和測量，即可實現(xiàn)振動測量的目的。
2、壓電式振動傳感器的結(jié)構(gòu)類型
壓電式振動傳感器的結(jié)構(gòu)通常采用壓縮式和剪切式兩種形式，具體如圖2所示。所謂壓縮式，是指外力垂直作用于壓電敏感元件表面，會在該面產(chǎn)生電荷；所謂剪切式，是指外力平行作用于壓電敏感元件表面，會在該面產(chǎn)生電荷。相應(yīng)的，受感器的結(jié)構(gòu)形式也分為壓縮式和剪切式。
壓縮式的結(jié)構(gòu)通常由預(yù)緊螺桿、預(yù)緊螺栓、質(zhì)量塊、壓電敏感元件和外殼等組成。敏感元件的預(yù)緊方式為預(yù)緊螺桿與預(yù)緊螺栓間的預(yù)緊，預(yù)緊螺母預(yù)緊力的大小決定了壓電敏感元件以及質(zhì)量塊的預(yù)緊程度。
剪切式的結(jié)構(gòu)通常由預(yù)緊筒、質(zhì)量塊、壓電敏感元件、底座和外殼等組成。敏感元件的預(yù)緊方式為環(huán)形狀預(yù)緊筒。將質(zhì)量塊與壓電敏感元件箍緊，預(yù)緊筒與質(zhì)量塊間的過盈量決定了壓電敏感元件以及質(zhì)量塊的預(yù)緊程度。
