传感器原理及应用-第6章-压电式传感器..ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 压电半导体材料有ZnO、CdS、CdTe等，这种力敏器件具有灵敏度高，响应时间短等优点。 用ZnO作为表面声波振荡器的压电材料，可检测力和温度等参数。 四、新型压电材料 §6.2 压电材料 1、压电半导体材料 某些合成高分子聚合物薄膜经延展拉伸和电场极化后，具有一定的压电性能，这类薄膜称为高分子压电薄膜，有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC等。 2、高分子压电材料 高分子压电材料是一种柔软的压电材料，不易破碎，可大量生产和制成较大的面积。 高分子压电薄膜拉制 四、新型压电材料 §6.2 压电材料 高分子压电材料特点： 柔软；抗拉强度高；电阻大、击穿强度高；稳定性好。 高分子化合物参杂压电陶瓷粉末，两者优点合一。 高分子压电材料应用： 大面积阵列传感器、人工皮肤。 2、高分子压电材料 高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应） 高分子压电薄膜压电式脚踏开关 高分子压电薄膜和电缆 6.1 压电效应 6.2 压电材料 6.3 压电式传感器等效电路 6.4 压电式传感器测量电路 6.5 压电式传感器应用 第六章 压电式传感器 压电式传感器基本原理：压电材料的压电效应，即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷或电压输出。 一、压电式传感器的测量特性 §6.3 压电式传感器等效电路 压电式传感器不能用于静态测量：外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的。 压电式传感器适用于动态测量：压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流。 无铅压电陶瓷及换能器 双面镀银封装石英晶片 压电式传感器在有些测量中需要预载：压电式传感器在测量低压力时线性度不好，这主要是传感器受力系统中力传递系数为非线性所致，即低压力下力的传递损失较大。为此，在力传递系统中加入预加力，称预载。 预载除了消除低压力使用中的非线性外，还可以消除传感器内外接触表面的间隙，提高刚度。 一、压电式传感器的测量特性 §6.3 压电式传感器等效电路 拉力和拉、压交变力及剪力和扭矩，只有在加预载后才能用压电式传感器测量。 各种压电式传感器 单片压电元件产生的电荷量甚微，为了提高压电传感器的输出灵敏度， 在实际应用中常采用两片或两片以上同型号的压电元件粘结在一起。 常见粘结两种方法：并联和串联。 二、压电元件的连接方式 §6.3 压电式传感器等效电路 1、压电元件的并联连接 两片压电晶片的负电荷集中在中间电极上，正电荷集中在两侧的电极上，传感器的电容量大、输出电荷量大、时间常数也大，故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量输出信号。 外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同。 + + － － － + 二、压电元件的连接方式 §6.3 压电式传感器等效电路 2、压电元件的串联连接 正电荷集中于上极板，负电荷集中于下极板，传感器本身的电容量小、响应快、输出电压大。 这种传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。 并联接法适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的场合。 串联接法适宜用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合。 + － － + － + 外力作用下正负电极上的电荷量与单片时相同，输出电压增加了1倍，电容量为单片时的1/2倍。 当压电晶体承受应力作用时，在其两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷。 压电传感器看成一个电荷源与一个电容并联的电荷发生器。 电容量为 三、压电式传感器的等效电路 §6.3 压电式传感器等效电路 1、电荷源等效电路 q Ca 电荷源等效电路 当两极板聚集异性电荷时，板间就呈现出一定的电压。 压电传感器也可看成一个电压与一个电容串联的电压源。 电压为 三、压电式传感器的等效电路 §6.3 压电式传感器等效电路 2、电压源等效电路 电压源等效电路 Ua Ca 实际使用时，压电传感器通过导线与测量仪器相连接，连接导线的等效电容CC、前置放大器的输入电阻Ri、输入电容Ci对电路的影响就必须一起考虑进去。当考虑了压电元件的绝缘电阻Ra以后，压电传感器完整的等效电路可表示成电压等效电路和电荷等效电路。 三、压电式传感器的等效电路 §6.3 压电式传感器等效电路 3、实际使用的电荷源和电压源等效电路 等 效 电压 源 等 效 电荷 源 这两种等效电路是完全等效的。 6.1 压电效应 6.2 压电材料 6.3 压电式传感器等效电路 6.4 压电式传感器测量电路 6.