物理特征转为具有物理特性的电信号。因此说，传感器元件的选用在实际的振动

测试中占有很重要的地位。此外，传感器元件的良好运行还需要完善的调理电路 与之相配合。【1】

1．2   压电传感器的特点及发展

目前在振动测试中，常用的传感器元件一般均为压电式传感器。 压电式传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些晶体受力后在其表

面产生电荷的压电效应为转换原理。压电晶体是机电转化元件，它可以测量最终 转化为力的那些非电学物理量。例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有灵 敏度高、使用频带宽、信噪比高、结构简量轻、工作可靠等优点。【2】文献综述

压电传感器技术的发展历程可分为三个阶段。第一个阶段是 60～70 年代， 传感器以电荷输出为主，测量系统包括压电传感器和以电荷放大器为主的信号适 调装置；到了 80～90 年代中期，出现了 IEPE(In Electronics Piezoelectricity) 传感器，也被称为低阻抗电压输出传感器，它主要解决了压电信号以高阻抗传输 带来的一系列问题；第三阶段是 90 年代中期至今，即插即用智能 TEDS 混合模式 接口传感器。【7】

1．3 PVDF 压电薄膜传感器的研究现状

1．4   课题研究的主要内容

从原理上讲，压电式传感器相当于平板电容器，内部阻抗很高，输出信号 一般为微弱信号，除此之外，还常常伴随着噪声，不能直接用于显示和记录。因 此需要为其设计信号调理电路，以进行阻抗变换和信号放大，同时还要尽可能的 抑制传感器输出信号中的噪声、拾取有用信号。一般而言，所设计的调理电路要 满足下列要求：运行稳定可靠、重复性好、信噪比大、抗电磁干扰能力强，以及 信号处理实时、准确。

本课题就是利用压电式传感器的原理，使用带质量块的压电敏感元件，设 计相应的调理电路，实现测量小量程振动加速度的功能。课题内容的重点在于下 列环节：

1.压电传感器调理电路分析和器件的选型；

2.设计调理电路并利用 Multisim 对该电路进行仿真；来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

3.利用面包板进行电路的调试，PCB 的设计。 当前，压电式加速度传感器的信号调理装置大多由集成运算放大器与电容、

电阻等元件搭建，电路往往存在稳定性较差、电路复杂、集成度低、噪声大等问 题。在这样的背景下，本课题试图通过采用集成芯片进行调理电路设计，提高电 路的集成化程度、提高电路信噪比、增强电路的稳定性和可靠性，并且尽量降低 设计成本。

2 PVDF 压电薄膜传感器理论基础

2．1 压电式传感器

2.1.1 压电效应

一些离子型晶体的电介质如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等。不仅在电场的 作用下，在机械力的作用下也会产生极化现象。主要表现为：

1．在电介质的一定方向上施加机械力作用而产生变形时，就会引起电介质 内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化、从而导致其两个相对表面(极化面) 上出现符号相反的束缚电荷