传感器课程考核论文.doc

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《传感器原理及应用》课程- 考 核 论 文 题 目 压电式传感器原理及应用--压电加速度传感器 班 级 机械设计制造及其自动化 学 号 姓 名 成 绩 机械与汽车工程学院 机械电子工程系 二零一六 年 五 月 压电式加速度传感器 摘要 本文介绍了压电式传感器的原理，及其在生活中的应用。还有压电式加速度传感器的结构和测量电路及JX32传感器相关数据及应用。 关键词：压电式传感器 加速度 测量电路 绪论 基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器也叫有源传感器（或发电型传感器）。它以某些介质的压电效应为基础，在外力的作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量电测的目的。它具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、质量轻等优点。因此压电式传感器在生活中有着广泛的应用。 压电式传感器 压电式传感器的工作原理 压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础。对这些物质沿其某一方向施加压力或拉力时会产生变形，由于内部电荷的极化现象，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。将外力去掉后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电效应。把这种机械能转变为电能的现象称为“正压电效应”。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后，该物质的变形随之消失，把这种电能转变为机械能的现象，称为“逆压电效应”。它能实现机一电能量的相互转换。压电效应和逆压电效应：某些物质，当沿着一定方向对其加力而使其变形时，在一定表面上将产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为 压电效应 。如果在这些物质的极化方向施加电场，这些物质就在一定方向上产生机 械变形或机械应力，当外电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，这种现 象称之为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。 压电材料 它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐 射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。压电陶 瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰。有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材 料。有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特 性和压电特性的晶体，如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器，很有发展前途。 （三）主要参数 1.压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数, 它直接关系到压电输出的灵敏度。 2.压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。 3.对于一定形状、 尺寸的压电元件, 其固有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。 4.在压电效应中,机械耦合系数等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根; 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。 5.压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏, 从而改善压电传感器的低频特性。 6.压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点温度。 （四）材料结构 石 英 石英(SiO2)晶体结晶形状为六角形晶柱。两端为一对称的棱锥,六棱柱是它的基本组织,纵轴 z-z称作光轴,通过六角棱线而垂直于光轴的轴线 x-x 称作电轴，垂直于棱面的轴线 y-y 称作机械轴。如果从晶体中切下一个平行六面体，并使其晶面分别平行于 z-z 、y-y 、x-x轴线，这个晶片在正常状态下不呈现电性。当施加外力时，将沿 x-x 方向形成电场，其电荷分布在垂直于 x-x 轴的平面上 2.压电陶瓷 压电晶体与压电陶瓷的比较: 相同点:都是具有压电效应的压电材料。 不同点:石英的优点是它的介电和压电常数的温度稳定性好，适合做工作温度范围很宽的传感器。极化后的压电陶瓷，当受外力变形后，由于电极矩的重新定位而产生电荷，压电陶瓷