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新技术革命的到来，世界正在悄然且迅速地进入信息化时代。在利用信息技术改造世界的进程中，首先要解决的就是如何能更加精准高效地获取自然和生产中的信息反馈，而传感器的诞生就是现今乃至未来生产生活中主要途径和手段。现代的工业以及信息化产业的发展中，传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一。如日本把传感器技术列为六大核心技术（计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器）之一。在各类传感器中压电传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合，所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。

为了抑制测量侵彻加速度中压电传感器产生的零漂现象，中北大学的师生通过具体的实验环境改进加速度储存测试系统，通过一系列的空气炮的实验，最终成功抑制零漂现象。在进行中低频的冲击测试中，压电传感器的频率测试范围有限，因此会在测试中产生失真情况，西北核技术研究所在对中低频响应的锯齿形和半正弦冲击波入手，定性和定量分析了测量基线不回零的问题。通过一系列的技术分析，以及压电加速度传感器对调理电路的要求，中北大学的研究者采用集成运放芯片取代大量的分立元件进行优化电路设计，从而提高了传感器外围电路的集成化程度，减小了电路的复杂度。同时还能有效抑制了电信号干扰噪音和零点漂移现象。对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。

      

二、研究内容

压电效应是由居里兄弟于1880年首先在α-石英晶体上发现的。某些电介质受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，这种效应称为压电效应，晶体的这一性质为压电性。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应，相反的称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。压电效应和反向压电效应都是线性的，即晶体表面出现的电荷的多少和形变的大小成正比。当形变改变符号时（由拉伸形变到压缩形变，反之依然），电荷也改变符号；在外电场的作用下，晶体形变的大小也与电场的强度成正比，当电场反向，形变也改变符号。

压电传感器在结构上一般有纵向效应型、横向效应型和剪切效应型三种。纵向效应型是最常见的一种。对于压电传感器无论结构差别有多大，其工作原理都可以简化为有集中质量、集中弹簧和阻尼器组成的二阶单自由度系统。弹簧压电传感器的结构核心为压电石英晶片元件，它的工作原理为，当传感器受到一定频率的振动时，因为质量块相对被测物体的质量较小，因此质量块和传感器的基座同频振动，并受到与加速度方向相反的惯性力。根据牛顿运动学第二定律，此惯性力是加速度的函数，此力为。同时，惯性力作用在压电陶瓷上产生感应电荷，。

多传感器系统的集成设计就是根据系统的测量任务选择合适的传感器，按照合适的组织方式把各传感器安置在合适的位置上。目前多传感器系统中各传感器的组织方式主要有：集中式，分散式和综合式。压电器件传感器集成化的各个部分就是要对特定的功能做出合适的且符合逻辑的测量任务，其功能包括目标阵列，事件预测传感器预测，传感器对目标的分配，时间和空间的范围控制以及配置和控制策略。传感器管理的核心问题是根据一定的准则，建立一个易于量化的目标函数，在加上传感器资源的约束条件，然后对目标函数进行优化已获得对目标的有效分配。传感器的集成化主要特点是功能集成化程度高、测量误差小、响应速度快、体积小、微功耗、外围电路简单。

三、实现方法及预期目标

根据要求和满足各种测量工作需求，使压电加速度传感器能对多种复杂工况下的加速度数值进行测量，并对实验的大致流程进行流程图说明（图1）。在压电加速度传感器集成化设计上，采用Multisim作为元件集成化设计的设计平台。在集成化电路设计上，采用准静态电荷放大器（图2）、高通滤波器、低通滤波器、平滑滤波器以及电压跟随器电路的设计。并对所设计的电路进行测试实验和精度分析，采用较为传统的比较校准法对设计电路进行测试，然后对测试实验数据线性拟合与标准压电传感器进行比较，以此达到所需要的测量加速度要求，实现对传统电路的改进，提高加速度测量精度。

图1 实验装置框图

图2  电荷放大器仿真电路图