振动传感器的原理,能承受多大加速度?
振动传感器能承受的G值,依制造材料 / 技术而有所区别,一般来说10,000G是没有问题的振动传感器按其功能可有以下几种分类方法: 按机械接收原理分:相对式、惯性式; 按机电变换原理分:电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式; 按所测机械量分:位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理,即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时,导体两端就感生出电动势,因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。 相对式电动传感器从机械接收原理来说,是一个位移传感器,由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律,其产生的电动势同被测振动速度成正比,所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器,它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽(0~10 kHZ),线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点,主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理,电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此,电感传感器有二种形式,一是可变间隙,二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态,其可动部分的质量应该足够的大,而支承弹簧的刚度应该足够的小,也就是让传感器具有足够低的固有频率。 根据电磁感应定律,感应电动势为:u=Blx&r 式中B为磁通密度,l为线圈在磁场内的有效长度, r x&为线圈在磁场中的相对速度。 从传感器的结构上来说,惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生,根据电磁感应电律,当线圈在磁场中作相对运动时,所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说,感应电动势是同被测振动速度成正比的,所以它实际上是一个速度传感器。 6、压电式加速度传感器 压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理,机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等,不同的压电材料具有不同的压电系数,一般都可以在压电材料性能表中查到。)在一定方向的外力作用下或承受变形时,它的晶体面或极化面上将有电荷产生,这种从机械能(力,变形)到电能(电荷,电场)的变换称为正压电效应。而从电能(电场,电压)到机械能(变形,力)的变换称为逆压电效应。 因此利用晶体的压电效应,可以制成测力传感器,在振动测量中,由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力,所产生的电荷数与加速度大小成正比,所以压电式传感器是加速度传感器。 7、压电式力传感器 在振动试验中,除了测量振动,还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点,因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应,即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。 8、阻抗头 阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体,其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成,一部分是力传感器,另一部分是加速度传感器,它的优点是,保证测量点的响应就是激振点的响应。使用时将小头(测力端)连向结构,大头(测量加速度)与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号,从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。 注意,阻抗头一般只能承受轻载荷,因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头,其信号转换组件都是压电晶体,因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。 9、电阻应变式传感器 电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感组件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感组件有多种形式,其中最常见的是电阻应变式的传感器。 电阻应变片的工作原理为:应变片粘贴在某试件上时,试件受力变形,应变片原长变化,从而应变片阻值变化,实验证明,在试件的弹性变化范围内,应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。
压电陶瓷的介电性是反映陶瓷材料对外电场的响应程度,通常用介电常数ε0来表示。在外电场不太大时, 电介质对电场的响应可用线性关系: 表示,P为极化强度, ε0为真空介电常数,为电极化率,E为外加电场。不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如, 压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大, 而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
压电陶瓷的弹性系数是反映陶瓷的形变与作用力之间关系的参数。压电陶瓷材料同其它弹性体一样,遵循胡克定律: Xmn=cmnpqxmnpq, 式中cmnpq叫做弹性体的弹性硬度常数, X 为应力,x为应变。对于压电体,由于存在压电性,弹性系数的数值与电学边界条件有关。 压电陶瓷最大的特性是具有压电性, 包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化, 从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下, 其电荷密度与外力成正比, 遵循公式:
其中,δ为面电荷密度, d为压电应变常数,T为伸缩应力。反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心发生相对位移而被极化, 由此位移导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。当电场不是很强时形变与外电场呈线性关系, 遵循公式:
dt为逆压电应变常数, 即d的转置矩阵, E为外加电场, x为应变。压电效应的强弱反映了晶体的弹性性能与介电性能之间的耦合程度,用机电耦合系数K表示, 遵循公式:
其中u12为压电能, u1为弹性能, u2为介电能。 经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷, 所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶瓷片施加一外界压力F时,片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应的现象属于正压电效应。
另外, 压电陶瓷具有自发极化的性质, 而自发极化可以在外电场的作用下发生转变。因此当给具有压电性的电介质加上外电场时会发生如图所示的变化, 压电陶瓷会有变形。然而, 压电陶瓷之所以会有变形, 是因为当加上与自发极化相同的外电场时, 相当于增强了极化强度。极化强度的增大使压电陶瓷片沿极化方向伸长。相反, 如果加反向电场,则陶瓷片沿极化方向缩短。这种由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应。 压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动,用它来制作压电地震仪,能精确地测出地震强度,指示出地震的方位和距离。这不能不说是压电陶瓷的一大奇功。
压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小,最多不超过本身尺寸的千万分之一,别小看这微小的变化,基于这个原理制做的精确控制机构--压电驱动器,对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。
谐振器、滤波器等频率控制装置,是决定通信设备性能的关键器件,压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。它频率稳定性好,精度高及适用频率范围宽,而且体积小、不吸潮、寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,使以往的电磁设备无法望其项背而面临着被替代的命运。
一、美容仪器超声波概述
人类耳朵能听到的声波频率为20~20,000Hz。当声波的振动频率大于20000Hz或小于20Hz时,我们便听不见了。因此,我们把频率高于20000Hz的声波称为“超声波”。
超声波频率越低,穿透力越强。一般用于美容行业的超声波频率为1-3MHz。
超声波具有方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,传播距离远等特点。因此被应用于越来越多的行业。
美容仪器超声波技术自80年代引入美容届以来.以其治疗范围广、见效快、治愈率高、操作简便而得到普及和推广,已成为众多美容仪中最实用、最受欢迎的设备。随着科学技术的进步,新一代专业超音波美容仪器横空出世,携其卓越的品质、强大的功能、豪华的外形迅速席卷美容行业。
超声波应用于美容行业主要有以下几个作用
1、机械作用:每秒100万次的机械振动,使受作用的每个部位都随之振动,起到独特的细胞按摩作用,提高细胞代谢功能,增强细胞的活力,促进血液循环,改善皮肤组织营养,使皮肤红润.增加弹性。
2、温热作用:超声波的温热作用通过引起血管功能及新陈代谢过程的变化,可使血液循环旺盛,使细胞兴奋点降低,产生镇痛的作用。使痉挛的肌肤松弛,具解挛的作用。
3、化学作用:超声波具有加强催化、加速新陈代谢的作用。可使ph值向碱性方面变化。利于药物透入,提高药物杀菌能力。
二、美容仪器超声波原理图分析
1、美容仪器超声波原理图 2、美容仪器超声头组件
其实超声头主要由压电陶瓷片和金属头组成。其中压电陶瓷片就是一个振荡器件,工作时以1MHz的频率高速振荡,其产生的能量靠金属头传递到金属头表面。
3、电路分析
在本电路中,C2 C3 C4 Q2 L3及超声头共同组成一个电容自激振荡电路,特别注意:我们在分析本电路时,要把超声头当成一个电容器件来分析。因为超声头本身主要的器件是由压电陶瓷片组成,而压电陶瓷片实际就是一个大电容,所以没有超声头本电路就不会起振。
Q2是振荡管,是整个电路的核心,所以我们在使用时要根据电源电压V1和工作电流来选择参数,一般美容仪器上的超声波电路用的都是低于48V的电压。
L2是一个扼流圈,其主要作用是在工作时保证工作电流不会过大而烧振荡管。
其他器件共同组成一个振荡管的基极调节电路,本电路是由RW1调节输出大小,也可以用单片机做输出大小。
本电路简单耐用,主要是给Q2安装足够的散热器就可以了。市场上的超声波美容仪器基本上都是采用这个电路。
超声波美容仪:探头热的程度不代表声波输出功率的多少,太热易灼伤皮肤;浓度过小的水剂药物,不宜直接渗透,否则易引起皮肤干燥;使用时,探头不能从眼球经过,上眼皮不能按摩;孕妇及严重心脏病患者不能使用。
美容仪器的操作禁用人群: 怀孕妇女; 日常工作时不可避免强(日)光暴晒人群; 对光过敏及药物过敏者及对强光光源过敏人群; 皮肤敏感极易感染过敏者; 癫痫病患者及疤痕及体质人群; 客人的上眼皮及带有开放性伤口的部位; 糖尿病患者; 正在使用功效型护肤品的应停用1—3个月后进行操作 ,操作部位使用精油应停1-2天再操作、黑头粉刺需针清3天后再治疗 期望值过高受术者;