電石晶體多被用于壓電壓力傳感器

所有使用某些物理性質(zhì)（物理、化學(xué)、生物學(xué)）規(guī)則、定理、定律、效應(yīng)等將物理或化學(xué)量轉(zhuǎn)換為易于使用的電信號。傳感器是將輸入變量轉(zhuǎn)換為可測量信號的測量系統(tǒng)的前部件。傳感器是連接載體和電路的敏感元件。傳感器是傳感系統(tǒng)的一部分，是信號輸入的第一個關(guān)口。有一些特殊要求：首先，傳感器應(yīng)具有較高的頻率響應(yīng)，水下爆炸壓力是一個高速變化的過程；其次，傳感器應(yīng)具有較強的抗干擾能力，以減少測量誤差，提高測試精度；此外，傳感器應(yīng)具有足夠的強度、良好的密封性能和較強的耐腐蝕性。因此，以電氣石為敏感元件的傳感器用于測量水中的爆炸壓力。MPa是傳感器的基本性能指標(biāo)；測量精度≤2%FS；上升前緣≤2.5μs。

傳感器的材料選擇及其結(jié)構(gòu)。

1.1敏感元件材料的選擇。

敏感元件是傳感器的關(guān)鍵元件，因為它決定了傳感器的原理和特性。因此，在設(shè)計傳感器結(jié)構(gòu)時首先要考慮的問題。壓力傳感器根據(jù)試驗對象測量水中爆炸產(chǎn)生的壓力。

壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器，通常是壓力測量儀器中的電測儀器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件(或應(yīng)變計)組成。彈性敏感元件的作用是將被測壓力作用于某一區(qū)域并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后將位移敏感元件或應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為與壓力相關(guān)的電信號。有時會將這兩個元件的功能集成在一起。壓力傳感器廣泛應(yīng)用于水利、水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等行業(yè)。[全文]

。因此，根據(jù)幾種常用的壓電晶體性能，如石英、電氣石、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇等。由于電石晶體具有體壓電效應(yīng)的特點，電石晶體被用作壓電壓力傳感器，可以感知各種動態(tài)和靜態(tài)力，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。

電氣石晶體是敏感元件的材料。

1.2傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。

水中爆炸壓力傳感器。

壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器，通常是壓力測量儀器中的電測儀器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件(或應(yīng)變計)組成。彈性敏感元件的作用是將被測壓力作用于某一區(qū)域并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后將位移敏感元件或應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為與壓力相關(guān)的電信號。有時會將這兩個元件的功能集成在一起。壓力傳感器廣泛應(yīng)用于水利、水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等行業(yè)。

傳感器以具有壓電效應(yīng)的電氣石為敏感元件，用高絕緣密封膠填充硅油。

密封膠。

用密封膠密封靜止接合面。涂抹前為流動性液體粘稠物，兩個接合面之間的縫隙易填充，密封效果好。包括液體密封膠、厭氧密封膠、硅酮密封膠等。[全文]

密封。將傳感器放入水下，離爆炸源有一定距離。當(dāng)爆炸后產(chǎn)生的壓力以沖擊波的形式傳播到各個方向時，電石晶體將感覺到的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實現(xiàn)能量換。

2傳感器性能檢測。

2.1傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)。

(1)校準(zhǔn)設(shè)備:傳感器校準(zhǔn)設(shè)備為JS-2500(250MPa)活塞壓力計；精度等級為0.02。

(2)校準(zhǔn)方法:采用加載法，每個傳感器預(yù)壓3次后開始校準(zhǔn)，校準(zhǔn)3次后取平均值。

MCRI傳感器的非性為1.36%。靈敏度為26.12pc/MPa。

2.2動態(tài)校準(zhǔn)。

(1)校準(zhǔn)設(shè)備:美國PCB公司913B02型水動脈沖校準(zhǔn)裝置(含136A型標(biāo)準(zhǔn)傳感器，內(nèi)置電荷放大器)。

(2)校準(zhǔn)方法:模塊式電荷放大器根據(jù)靜態(tài)靈敏度配置傳感器。

電荷放大器。

電荷放大器是壓電晶體傳感器測試系統(tǒng)中不可缺少的信號調(diào)節(jié)器。將傳感器輸出的弱電荷信號轉(zhuǎn)換為放大電壓信號，并將傳感器的高阻抗輸出轉(zhuǎn)換為低阻抗輸出。然后，與標(biāo)準(zhǔn)傳感器同時安裝在校準(zhǔn)接頭上，通過液壓油將鋼球從不同高度自由下落，撞擊高壓液壓裝置中的活塞，產(chǎn)生的半正弦波壓力（也是脈沖壓力）傳遞給傳感器。為了獲得非線和靈敏度的動態(tài)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)了校準(zhǔn)傳感器曲線與標(biāo)準(zhǔn)傳感器曲線之間的振幅和波形一致性。動態(tài)校準(zhǔn)結(jié)果見表2。

非線性傳感器為0.17%，平均靈敏度為123.76mv/MPa。

由于傳感器的絕緣電阻，靜態(tài)和動態(tài)校準(zhǔn)的非線性值不同。

物質(zhì)對電流的阻力稱為物質(zhì)電阻。電阻小的物質(zhì)叫電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。當(dāng)不是很高時，傳感器會產(chǎn)生一定的零漂移，影響傳感器的線性指標(biāo)；此外，由于密封問題，動態(tài)校準(zhǔn)設(shè)備只能達到29MPa的壓力，遠低于范圍上限，因此動態(tài)校準(zhǔn)的非線性指標(biāo)高于靜態(tài)校準(zhǔn)的非線性指標(biāo)。

3.水池試驗。

(1)試驗條件:水池直徑85m，深度15m；爆炸源為RS211，重量1.01kg；傳感器安裝深度為5m，距爆炸源水平3m。

(2)試驗方法:在試驗過程中，將開發(fā)的傳感器和試驗系統(tǒng)與美國PCB的138激波傳感器和專用信號采集裝置進行測量和比較。

傳感器的靜態(tài)動態(tài)壓力校準(zhǔn)和池試驗結(jié)果表明，與美國PCB類似產(chǎn)品相比，水中爆炸壓力傳感器。