3.4 综合技能实训

简易声光显示脉搏计的制作。

1. 实训项目简介

声光显示脉搏计将人体脉搏跳动经过压电传感器和电压放大，转变为声、光信号，制作简易，对脉搏跳动的观测一目了然。

2. 实训目的

1）了解常用压电传感器的结构特点及构成方法。

2）学习压电传感器的基本使用方法。

3. 实训电路及工作原理

简易声光显示脉搏计的电路原理图如图3-17所示。

电路采用压电陶瓷片B1作为传感器，由一块六反相器集成电路外接少量元器件构成放大、整形和驱动电路。集成六反相器HD14069属于通用数字集成芯片，其中G1外接电阻R1、电容C1构成一个具有负反馈的高增益电压放大器，以便将传感器B1输出的微弱电压信号进行放大。G1输出信号通过耦合电容C2送至G2的输入端，C2同时起隔离直流作用，使G2的输入端直流电压（静态工作点）不受前级G1输出端的影响。电阻R2、R3组成直流分压电路，使G2输入端直流电压总是等于1/2VDD，此时G2输出高电平，则经G3反相器输出低电平，LED不发光。同理，再经过反相器G4、G5、G6，则G5、G6的输出端为低电平，蜂鸣器不发声。

当传感器B1受到脉搏的压力作用时，把该压力信号转换成微弱的电压信号，经G1、R1、C1组成的放大器放大后，由C2耦合至反相器G2的输入端，只有当输入信号的峰值大于G2的输入电平时，G2输出低电平而G3输出高电平，LED将随着脉搏的跳动而一闪一闪发光，同时蜂鸣器随着脉搏的跳动而间歇发声。

电路中其余元器件的作用是：R4为限流电阻，同时作为G3的输出负载，R5起降压作用，C3为保证B2正常工作设置交流通路，C4对直流电源E起交流旁路作用，特别是在电池用旧导致内阻显著增加时改善电路的工作状况。

4. 元器件选择

B1选用直径27mm的压电陶瓷片，如图3-18所示。

IC用HD14069型CMOS六反相器集成电路，HD14069型六反相器实物图及引脚排列如图3-19所示，也可用CC4069、CD4069等代替，功能及引脚排列完全相同。

R1～R5用1/8W金属膜或者碳膜电阻。

C1选用瓷介电容或涤纶电容。

C2～C4选用耐压大于10V的电解电容。

LED选用直径3mm或5mm的发光二极管。

B2选用直径12mm的有源讯响器（蜂鸣器）。

S选用微型开关。

E使用3节1.5V的7号干电池串联。

5. 制作与调试

（1）制作

如图3-18所示，将直径为27mm压电陶瓷片，分别从背电极和陶瓷镀银面焊接好引出线（采用较细而柔软的屏蔽线，金属屏蔽层接背电极，芯线接陶瓷镀银面），使用直径为1.2mm漆包线弯成直径为27mm带缺口的圆环，漆包线环用于瓶盖内垫高台阶，使压电陶瓷片装入塑料盖后其背电极面与盖口边缘相平。塑料盖外直径约为29mm，高为3.5mm，顶部内直径约为25mm，从内部高度一半开始稍大于直径为27mm直至盖口形成一个台阶，使压电陶瓷片装入塑料盖后其镀银面不与盖顶相碰。可用透明不干胶带将其固定，引线从塑料盖口处引出。

采用适当尺寸的现成塑料盒或自制小木盒作为脉搏声光显示器的机壳。电源开关S、发光二极管LED装在有通音孔的机壳正面，反相器、蜂鸣器及电池等全部安装在机壳内。

（2）调试

一般来说，只要元器件性能良好，电路连接正确无误，则接通电源后无需调节就能正常工作。用手指轻轻按压一下传感器B1，发光二极管闪一下，同时蜂鸣器鸣响一声。如果重复按压传感器，则声、光显示也将重复跟随，说明电路工作正常。如果电路接触不良或元器件短路将会出现无声、无光等不正常现象，需要耐心的从末级开始逐级寻找故障原因。例如：若电阻R3接触不良，则G2输入端为高电平，LED常亮，B2总是发声，若电阻R3两端短路，则G2输入端为低电平，LED不亮，B2不发声。正常工作的脉搏声光显示器的使用如图3-20所示。

6. 实训报告

1）总结实训项目制作及调试过程中出现的故障及解决办法。

2）压电式传感器还有哪些应用？绘制其中一个应用的电路图并说明工作原理。