所购买到的压电陶瓷薄膜包括两个部分,一个是电路,另外一个是双层薄膜,带有两个管脚。配对电路是对传感器输出信号进行放大。根据管脚标志,输出三个管脚分别对应电源,地线以及信号输出。由于它使用 AMS1117 5V稳压,所以输入电压在 6V 至 12V。
将压电陶瓷放置在面包板上,将两个管脚接入示波器。示波器输入端口的电阻大约为 1M欧姆。在静态下,传感器两端电压为0。通过示波器显示的波形来看,薄膜两端的阻抗也非常大。是由手波动薄膜。可以看到两个端口出现了震动波形。这个波形,很像普通的压电陶瓷片在敲击状态下产生的电压信号。波形的峰值大约2V。信号的波形非常紊乱。传感器只能产生交变震荡信号,并不能够产生恒定的输出信号。
使用LCR镊子测量薄膜传感器的电容,大约为 0.5nF。使用数字万用表测量薄膜电阻,超出了数字万用表的量程。所以该传感器对外特性呈现电容电压输出。
为了能够定量测量传感器输出特性,使用扬声器中粘贴一个LED,去敲击压电陶瓷薄膜。通过一个大功率音频放大器驱动扬声器,使用 DG1062 产生 100Hz的正弦波输入放大器,扬声器震动,敲击压电陶瓷薄膜震动。由此便可以测量传感器输出的波形。输出的波形此时呈现非常稳定的连续震荡信号。峰值大约为 4V。下面测量震动薄膜输出的阻抗。
▲ 图1.3.1 震动信号
利用QR10作为压电陶瓷薄膜输出负载电阻。这样可以通过改变负载电阻,来测量薄膜输出阻抗。通过编程,改变负载电阻,测量不同负载电阻下输出交流电压信号。
负载电阻从1k欧姆变化到 1M欧姆,测量 100 个数据。整体上来看,输出电压随着外接负载电阻增加上升。不过令人感到奇怪的是,这个变化出现了很大的波动。具体原因不详。根据这个变化,但输出信号出现在最高值的一半的时候,对应的电阻为 320k欧姆。这就大体说明了压电陶瓷薄膜在100Hz震动下,输出内阻大约为 320k欧姆。
▲ 图1.4.1 不同负载电阻对应的输出电压
▲ 图1.4.2 200Hz下对应的不同负载与输出电压
将扬声器震荡的频率修改为 200Hz,可以看到不同负载下输出电压的变化。对比 100Hz,200Hz,可以看到,在 200Hz 下,输出交流信号大了 四倍左右。对应的输出电压一半的时候,对应的内阻大约260k欧姆,也比100Hz时对应的内阻小了一些。
▲ 图1.4.3 对比100Hz 200Hz 对应的输出电压
测量不同频率下压电陶瓷薄膜输出的信号,有趣的是,在172Hz出,输出信号电压最大。这是否说明扬声器在这个频率下震动最大。时扬声器的机械谐振频率呢? 这个问题我还无法得知。
▲ 图1.4.4 不同频率下输出电压
本文初步测试了压电陶瓷薄膜传感器的特性。通过一个动圈式扬声器驱动它震动。使得它可以输出恒定的交变电压,测量了薄膜传感器对应的电容大约为 0.5nF,输出电压内阻大约 300k欧姆左右。不同的频率输出电压也会发生变化,在172Hz下,输出电压最大。现在猜测这个频率时动圈式扬声器的机械共振频率。