压电膜等效电路 |
来源:压力分布测试薄膜压力传感器Flexiforce_I-SCAN | 发布时间:2016/4/29 14:21:16 | 浏览次数: |
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下面我们来画一个压电膜元件的等效
电路。这里有二个同样有效的模型,一个
是:一电压源与一个电容相串联;另一个
是:一个电荷发生器与电容相并联,后者
在电路分析上不常用。我们将集中对电压
源分析(见图12)。
虚线部分表示压电膜元件“内含的部分”,电压源(VS)本身就是个压电发生器。该电压源与所加的激励源(压力、应力等)成正比。本文的目的并非在相关的计算上面,重要的是认识到这个电压将绝对地依赖于所加的激励,这是一个“理想”源。
然而,我们应该注意到,标有“X”的节点,是根本不可能接近的。当我们在电极上检测压电膜的“输出”时,膜电容C。总是存在并接在电路中的。
加入电阻性负载
现在我们加进示波器接入时的效应,可以将示波器及其探头简化为一个纯电阻,尽管实际上有一个很小的与探头和电缆相关的电容(一般约30~50pF)。若压电膜的电容非常高,那这个小电容就可以忽略不计。
在负载电阻RL两端所测得的电压,
不需要与“理想”源所产生的电压相同。
为看出为什么,用另外一种方式重新画这个电路是有帮助的。
分压器
将图13所示的电路重画成图14的形式,不难看出,全部的源电压并不总是出现在电阻负载的二端。
将电容和电阻串联起来就构成了一个分压器。由于电容有阻抗并随频率变化,所以,显现在RL两端的全部源电压的一部分也随频率而变化。
显现在RL两端的Vs电压的VL部分按下式计算:
式中:
(j表示√~1,XC为电容元件的电抗。为简化起见,我们忽略了压电膜的阻抗的电阻分量)。
可以将上述公式在激励频率为常数的简单情况下用来简单地计算期望观察到的电压电平,这样简单地变化f值即可。然而,在不少实际情况下,在频带范围内还可能存在一个信号能量的分布问题。这样,就有必要把网络的“频率响应”考虑进去。
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