机械力对中心压缩式压电加速度计灵敏度的影响

　　一、概述

　　在对某型号中心压缩式加速度计的输出灵敏度检测时，发现同一编号的压电加速度计的输出灵敏度有突然降低然后在一段时间之后又逐渐升高的现象，甚至有的在刚刚安装完毕之后根本就没有输出。常规的讨论会涉及到压电陶瓷，但是我们试图通过一系列实验来证明，产生这种现象的原因与中心压缩式压电加速度计的结构以及它所承受机械力也有很大的关系，并试图找出一些规律来解决这一问题。

　　二、实验过程

　　众所周知，压电加速度计的灵敏度测量一般采用相对测量法，即是将被测件与标准加速度计共同固定在同一振动台上，通过观察两件加速度计由电荷输出转变为电压的数值，将其数值之比作为被测件的灵敏度。那么，被测件的电荷输出为：

　　式中：q—输出电荷;d₃₃—压电常数;F—因振动质量块所产生的惯性力 。

　　惯性力 F 作用于压电陶瓷后产生电荷，而压电陶瓷的受力将直接影响加速度计电荷量输出。因此，在其它条件不变的情况下，我们通过改变对压电陶瓷片的受力作以下实验。

　　将 120 个某型号中心压缩型加速度计的成品，在装配完毕后开始测量其灵敏度，每 10天测 1 次，一共 10 次。从这 120 组数据中发现，有 38 件加速度计的灵敏度有所变化，增加了 0.1~0.4 不等。再从这 38 个中抽出 6 个继续进行具体的实验，测试频率为 1kHz，数据见表 1。

　　这 6 个试样将其预紧力加大到 18N 左右，再放到振动台上测量。观察顺序是这样的：首先持续观察 5 分钟，分别在第 0 分钟、第 3 分钟和第 5 分钟时记录下灵敏度值，然后再在2 小时后、6 小时后、10 小时后、1 天后、5 天后和 15 天后的检测数据。结果如表 2 及图 1。

　　三、实验数据分析

　　纵观实验数据及其数据变化曲线，都有以下的特征;

　　1) 加大预紧力后，灵敏度下降了 5%~10%

　　2) 在一段时间段内，灵敏度将持续上升到一最高值。

　　3) 达到最高值之后将趋向于稳定，并几乎与实验前原始数据相符。

　　4) 其数据变化曲线图形都有图 2 特征。

　　由此可以说明：这种灵敏度上升到一定位置后就趋向于稳定的情况主要是由于受力方面的原因所导致。

　　这可以从力学上来分析。一般陶瓷片的制作加工也像机械零件那样打磨，这在微观上或多或少都会存在着误差，即在陶瓷片的平面上会有一些不平整，它们的受力将是如图 3 所示。

　　假设陶瓷片形状如图 4 所示，那么预紧力 F 受力将分为两个点的受力：F1、F2。它们之间的关系为：