6压电式传感器.ppt

玻璃打碎报警装置 第六章 压电式传感器 交通监测 第六章 压电式传感器 海啸预警系统 第六章 压电式传感器 6.6.1 非线性 压电传感器的幅值线性度是指被测物理量(如力、压力、加速度等)的增加，其灵敏度的变化程度。 6.6.2 横向灵敏度 压电加速度传感器的横向灵敏度是指当加速度传感器感受到与其主轴向(轴向灵敏度方向)垂直的单位加速度振动时的灵敏度，一般用它与主轴向灵敏度的百分比来表示，称为横向灵敏度比。 6.6 影响压电式传感器精度的因素分析 下页 上页 返回 6.6.3 环境温度的影响 环境温度的变化对压电材料的压电常数和介电常数的影响都很大，它将使传感器灵敏度发生变化，压电材料不同，温度影响的程度也不同。当温度低于400℃时，其压电常数和介电常数都很稳定。 6.6.4 湿度的影响 环境湿度对压电式传感器性能的影响也很大。如果传感器长期在高湿度环境下工作，其绝缘电阻将会减小，低频响应变坏。 下页 上页 返回 6.6.5 电缆噪声 为了减小这种噪声。可使用特制的低噪声电缆，同时将电缆固紧，以免产生相对运动。 6.6.6 接地回路噪声 在测试系统中接有多种测量仪器，如果各仪器与传感器分别接地，各接地点又有电位差，这便在测量系统中产生噪声。防止这种噪声的有效办法是整个测量系统在一点接地。而且选择指示器的输入端为接地点。 下页 上页 返回 此外还存在有声场效应、磁场效应及射频场效应、基座应变效应等因素。 * 第六章 压电式传感器 当石英晶片在 x 轴方向施加压缩力时，产生的电荷q正比于作用力F1，与晶片的几何尺寸无关，若晶片在晶轴 x 方向受到拉力（大小与压缩力相等）的作用，则仍在垂直于 x 轴表面上出现等量电荷，但极性相反。 ? + + + + ? ? ? x F1 F1 ? + + + + ? ? ? x F1 F1 石英晶片上电荷极性与受力方向的关系 第六章 压电式传感器 （2）当晶片受到沿 y（即机械轴）方向的应力T2作用时，在垂直于 x 轴表面出现电荷，电荷的极性如下图示。 ? + + + + ? ? ? x F2 F2 ? + + + + ? ? ? x F2 F2 电荷密度σ12与施加的应力T2成正比。 第六章 压电式传感器 （3）当石英晶体受到 z 轴（即光轴）方向应力T3作用时，无论是拉伸应力，还是压缩应力，都不会产生电荷，即：d13=0。 （4）当石英晶体分别受到剪切应力T4、T5、T6作用时， 则有 （即d15= 0） （即d16= 0） x y z 1 2 3 4 5 6 以上三式中的T4、T5、T6分别为晶片x面（即yz平面）、y面（即zx平面）和z面（即xy平面）上作用的剪切应力。 第六章 压电式传感器 综上所述，只有在沿x、y方向作用单向应力和晶片的x面上作用剪切应力时，才能在垂直于x轴的晶片表面上产生电荷，即 同理，通过实验可以证明，在垂直于y轴的晶片表面上，只有剪切应力T5和T6的作用才出现电荷，即 （因，d25=?d14， d26= ? 2d11 ） 在垂直于 z 轴向的晶片表面上，电荷密度 第六章 压电式传感器 由此可得到石英晶体在所有应力作用下的顺压电效应矩阵表达式 ： 压电常数矩阵是正确选择压电元件、受力状态、变形方式、能量转换率以及晶片几何切型的重要依据。 由压电常数矩阵还可以知道，压电元件承受机械应力作用时，有哪几种变形方式具有能量转换作用。 3）石英晶体通过dij的四种基本变形方式可将机械能转换为电能。 (a) 厚度变形，通过d11产生x方向的纵向压电效应； (b) 长度变形，通过d12产生y方向的横向压电效应； (c) 面剪切变形，晶体受剪切面与产生电荷的面共面。 如：对x切晶片，当x面（即yz平面）上作用剪切应力时，通过d14在此同一面上产生电荷。对于y切晶片，通过d25可在y面（即zx平面）产生面剪切式能量转换。 (d) 厚度剪切变形，晶体受剪切面与产生电荷不共面，如y切晶片，当z面（即xy平面）上作用有剪切应力时，通过d26在y面（即zx平面）上产生电荷。 第六章 压电式传感器 第六章 压电式传感器 2、 压电陶瓷的压电常数和表面电荷的计算 压电陶瓷的极化方向通常取 z 轴方向，在垂直于 z 轴平面上的任何直线都可取作为 x 轴或 y 轴，对于 x 轴和 y轴，其压电特性是等效的。压电常数 dij 的两个