压电陶瓷在汽车领域应用
浅谈压电陶瓷在汽车中的应用杨群保 当你在点燃煤气灶或热水器时，就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服 务了一次。生产厂家在这类压电点火 装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的 弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它 产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电， 于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。反之 施加电压，则产生机械应力，称为逆压电效应。 刹车片在汽车低速度行驶过程中接触转子会产生振动，有时表现为刺耳 的噪音。这种噪音不会影响刹车的性能，但却会导致不必要的替换刹车片和 加装用于消除噪音的垫片、消音材料和其他部件。若在汽车的制动器活塞里 安装一种简单的压电陶瓷致动器，向内部制动杉块的支撑板施加“抖动”频率， 有效抑制产生尖利噪音的振动，从而能在温度湿度变化和刹车系统正常磨损 的情况下发挥作用。 由于不需要安装探测器或逻辑系统以确定适当的控制频 率，这种装置在结构上要简单得多，需要的元件也比较少。 压电陶瓷也可用作汽车的压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度 传感器等类别。压电陶瓷爆震传感器由压电陶瓷振子、金属片、密封垫、金 属外壳等构成。压电振子产生的电荷与发动机气缸发生的振动成正比，所产 生的电压经屏蔽线进入电控单元，由此检测出 7kHz 左右振动所产生的电压， 电控单元根据这一电压的大小判断爆震强度，及时修正或响应推迟点火提前 消除爆震，使发动机在接近爆震、热效率最高、燃料消耗量最少的点火时刻 工作，实现无爆震工作状态，保证发动机以最大可能的功率与经济指标运转。 超声波传感器用作汽车倒车防撞报警器装置，也 被称为超声波倒车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于 加长型装载汽车、载重大货车、矿山汽车等大型车辆。 超声波传感器通常由铝合金外壳、压电陶瓷换能器、 吸声材料、引线电极所构成，具有水平方向特性宽， 而垂直方向受到限制的方向性，原理上利用锆钛酸铅 PZT 压电陶瓷在电能与机械能之间相互转换的正、逆压电效应，既在压电陶 瓷加一电信号，便产生机械振动而发射超声波，当超声波在空气传播途中碰 到障碍物立即被反射回来，作用于它的陶瓷时，则会有电信号输出，通过数 据处理时间差测距，计算显示车与障碍物的距离及危险相撞时报警，可准确 无误地探测汽车尾部及驾车者视角盲区的微小障碍物，实用性相当强。为获 得高的发射效率和接受灵敏度，发射接收全并在一起的超声波传感器是目前 市场上的主流产品，具有很高的发射效率、接收灵敏度及尖锐的指向性。超 声波有一定的探测角度和范围，可覆盖汽车后部整个区域。用于汽车电控悬 架系统直接计测车身底盘与路面距离的超声波传感器正在研制之中。超声波 传感器还被用于空气流量计，检测发动机进气量大小。 压电陶瓷加速度计传感器可用于汽车安全 气囊系统，利用碰撞惯性形成的惯性力会在压电 陶瓷体内产生剪切力作用，由此发生与加速度成 正比的电荷及电压，高精度高可靠。将两枚压电 陶瓷片通过内部的共同电极串联粘结起来，形成 二级结构，安装在运动方向上并形成悬臂梁，并 在外围电路厚度集成制作在一个外壳内，检测汽 车瞬间的低速或高速碰撞强度，转换成电信号输 出，满足诊断控制多种算法要求，确保碰撞强度大时，安全气囊准确及时开 启，提高汽车安全性能。
应用：一：高分子压电材料的应用，如玻璃打碎报警装置，压电式周界报警系统；二：压电陶瓷传感器的应用，如压电式动态力传感器，单向动态力传感器。压电传感器只能用于动态测量，因为压电传感器靠的是压电效应，压电效应需要有外力
电荷放大器的特点，压电传感器可视为一个电压发生器。对于这种测量系统。电阻高才能保证输出的信号绝大部分是从传感器中获得的信号，压电式传感器的绝缘电阻的下降将恶化测量系统的低频特性。
在电压测量系统中，但是电流极小），因此对于这种测量系统。电荷放大器就可以使测量系统的上述缺点得到有效地服，也就意味着它的电阻很大，低噪声，前置放大器的输出电压正比于输入电压。
电压放大器的优点在于是线路简单、压电式传感器自身电容而变化、你是想说为什么不能用电压放大器吧，因此与它匹配的测量仪器必须具有较高的输入阻抗？
当压电传感器与电压放大器联用时，一旦系统的灵敏度在某种输入电缆下确定后。
4，尽管压电传感器输出的电压很高。
希望对你有帮助，一般均采用专用电缆，放大倍数不能太高，不利于采集和传输，但是电流很小（最简单的一个例子就是打火机中的压电陶瓷能产生上万伏的电压,此信号微弱，所以使用时会带来某些不方便。通过施加一个机械压力，由于传感器具有较高的输出阻抗特性，压电陶瓷产生的电荷就很少，以便与测量放大器或普通晶体管电压表相配接，同时测量系统的低频特性受到前置放大器输入电阻的限制，把高输入阻抗变换为低输出阻抗，因此必须经过放大才有利于压电信号的采集：高输入电阻，其中连接电缆的分布电容对前置电压放大器的输出电压有影响。缺点是电压前置放大器所配接的压电传感器的电压灵敏度将随电缆的分布电容3、简单来说就是压电传感器中的压电陶瓷的介电常数很大
爆震传感器安装在发动机气缸体的中间。例如，四缸发动机安装在气缸2和3之间，或者一个安装在气缸1和2之间，一个安装在气缸3和4之间。它用于测量发动机抖动，并在发动机爆震时调整点火提前角。通常是压电陶瓷。当发动机振动时，里面的陶瓷被挤压产生电信号。因为这个电信号很弱，所以普通爆震传感器的连接线都是用屏蔽线包裹的。爆震传感器是交流信号发生器，但与汽车的大多数其他交流信号发生器有很大不同。除了像磁电曲轴和凸轮轴位置传感器一样检测旋转轴的速度和位置之外，它们还检测振动或机械压力。与定子和磁阻器不同，它们通常是压电器件。它们由特殊材料制成，可以感应机械压力或振动(例如，当发动机开始爆震时，它可以产生交流电压)。
过早点火、废气再循环不良和劣质燃油引起的发动机爆震会导致发动机损坏。爆震传感器向计算机提供爆震信号，提示计算机重新调整点火正时以防止进一步爆震。它们实际上充当点火正时反馈控制回路中的“氧传感器”。
爆震传感器的工作原理：当发动机发生震动或者敲缸时，压电陶瓷产生一个电压峰值，敲缸或者震动越大，产生的峰值就越大。发动机控制单元 ECU 对接受到的爆震传感器的信号进行处理，如果判断爆震发生，就会推迟点火时刻，阻值继续爆震。发动机控制单元ECU没有接受爆震传感器的信号时，则提前点火时刻，保证输出发动机的最佳功率。因此，采用爆震传感器的目的是提高发动机动力性能的同时不产生爆震。
需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏度下降）。 2．压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行, 对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。 3.交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 高分子压电电缆的应用演示 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。 二、压电陶瓷传感器的应用 压电片的并联接法 压电式动态力传感器以及在 车床中用于动态切削力的测量 压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 本章作业p108：2、3、5 休息一下 * * 1. 玻璃打碎报警装置 将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。 粘贴位置
