[发明专利]压电传感器的模拟电路

说明书

技术领域

本发明涉及传感器，更具体地说，涉及一种压电传感器的模拟电路。

背景技术

压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。

压电传感器采用某些物质，例如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷，进而有电压产生；当外力去掉时，又重新回到原来的状态。这就是压电传感器的压电效应。

与压电效应相反，如果将具有压电效应的物质置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种由于外电场作用导致物体机械变形为逆压电效应。

简化的压电传感器如图1所示，包括第一端口A、第二端口B、压电材料D以及设置在压电材料两侧的金属板C。激励电压从第一端口A和第二端口B输入压电传感器，如果给压电传感器施加一段时间的电压后去掉电压，压电传感器的似电容的两极会存储电荷、保持电压。刚开始因为逆压电效应，压电传感器会发生形变，之后又因为压电效应导致压电传感器极化电压出现；耗材中的压力作用致使压电传感器的形变反向，反向的形变产生另一个方向的极化电压，这样循环下去，直到能量消耗完。这个过程中压电传感器来回作用，极化电压也会出现震荡。

给压电传感器施加如图2所示的激励电压，在给压电传感器施加一个激励电压后经过时间T，去掉第二端口B的激励电压，由于压电效应和逆压电效应作用可以看到B端的电压出现震荡，震荡的频率由压电传感器的物理特性决定。B端的上升情况则由传感器的电容特性决定。由于压电传感器特殊的物理结构，其充放电特性并不简单等同于一个电容。

这种压电传感器通常应用在一些仪器的耗材上，仪器的制造商在耗材上装配自己的压电传感器，相应的仪器要检测压电传感器的电学特性来检测耗材是否充足、是否可以继续使用。每次对耗材的检测，都会消耗耗材，当耗材偏少时则无法通过检测，仪器将无法再继续使用剩余的耗材，造成耗材寿命的缩短以及耗材的浪费。并且，对于耗材用尽的仪器将无法进行回收再利用。这样，用户必须频繁更新耗材，仪器的制造商也可以实现该耗材的垄断，从而提高用户的使用成本。

发明内容

本发明针对压电传感器在实际应用中造成仪器耗材寿命的缩短、仪器耗材的浪费以及对于耗材用尽的仪器将无法进行回收再利用，从而提高了用户的使用成本的缺陷，提供一种压电传感器的模拟装置，所述模拟装置在实际应用中，使仪器能够充分利用其耗材，增长耗材寿命，以及对于耗材用尽的仪器能够进行回收再利用，从而降低用户的使用成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种压电传感器的模拟电路，包括第一激励信号端和第二激励信号端，以及并联在所述第一激励信号端和第二激励信号端之间的谐振电路和充放电电路；其中，所述谐振电路包括第一电容、与所述第一电容串联的第二电容和并联在所述第二电容两端的电感；所述充放电电路包括串联的第一电阻、第三电感、第二电阻和第四电容，并联在所述第一电阻和所述第三电感串联整体两端的第五电感，栅极连接所述第一激励信号端、漏极连接于所述第二电阻和所述第四电容的节点、源极连接所述第二激励信号端的功率管，以及正极、负极分别连接所述功率管的源极和漏极的二极管。

本发明的压电传感器的模拟电路，所述谐振电路产生谐振信号的频率的表达式为：其中，L为所述电感的电感值，C₂为所述第二电容的电容值；所述压电传感器的模拟电路用于模拟装配在仪器上、对仪器的耗材的使用情况进行检测的压电传感器，所述谐振信号的频率与装配了所述压电传感器的模拟电路的仪器的耗材的压力对应。

本发明的压电传感器的模拟电路集成于PCB板上。

本发明的压电传感器的模拟电路具有以下有益效果：压电传感器的模拟电路通过第一激励信号端和第二激励信号端接收仪器输出的激励电压信号，通过其谐振电路模拟了压电传感器的震荡特性，再通过其充放电电路模拟了压电传感器的充放电特性，使得本发明的压电传感器的模拟电路在第一激励信号端或第二激励信号端输出模拟了在压电效应和逆压电效应作用下产生的震荡信号以供仪器检测，从而控制仪器即使在耗材较少的情况下也能继续使用耗材，使得仪器的耗材能够得到充分使用、不造成浪费，增长耗材寿命，以及对于耗材用尽的仪器能够进行回收再利用，解决了仪器生产厂商对耗材的垄断，降低用户的使用成本。

另外，本发明的压电传感器的模拟电路集成于PCB板上，使得本发明的压电传感器的模拟电路制造成本低，通用性强。