3.2压电陶瓷片.ppt

3.4.2 压电陶瓷的压电效应 当压电陶瓷极化处理后，陶瓷材料内部存有很强的剩余场极化。 当陶瓷材料受到外力作用时，电畴的界限发生移动，引起极化强度变化，产生了压电效应。 经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，约为石英晶体的几百倍，但机械强度较石英晶体差。 天然形成的石英晶体外形（续） 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。 压电陶瓷外形 无铅压电陶瓷及其换能器外形 （上海硅酸盐研究所研制） 高分子压电薄膜及拉制 压电式脚踏报警器 3.4.5 压电式传感器的应用 1. YDS-781型压电式单向传感器 压电测力传感器的结构通常为荷重垫圈式。图示为YDS-781型压电式单向传感器结构，它由底座、传力上盖、片式电极、石英晶片、绝缘件及电极引出插座等组成。 （四）压电半导体材料 如ZnO、CdS 、ZnO 、CdTe，这种力敏器件具有灵敏度高，响应时间短等优点。此外用ZnO作为表面声波振荡器的压电材料，可测取力和温度等参数。 （三）压电聚合物 聚二氟乙烯（PVF2）是目前发现的压电效应较强的聚合物薄膜，这种合成高分子薄膜就其对称性来看，不存在压电效应，但是它们具有“平面锯齿”结构，存在抵消不了的偶极子。经延展和拉伸后可以使分子链轴成规则排列，并在与分子轴垂直方向上产生自发极化偶极子。当在膜厚方向加直流高压电场极化后，就可以成为具有压电性能的高分子薄膜。这种薄膜有可挠性，并容易制成大面积压电元件。这种元件耐冲击、不易破碎、稳定性好、频带宽。为提高其压电性能还可以掺入压电陶瓷粉末，制成混合复合材料(PVF2—PZT)。 3.4.4 压电式传感器的测量电路 压电传感器可等效为如图 (a)所示的电压源,也可等效为一个电荷源，如图 (b)所示。 压电传感器电压源与电荷源等效电路 压电传感器与测量电路连接时，还应考虑连接线路的分布电容Cc，放大电路的输入电阻Ri，输入电容Ci及压电传感器的内阻Ra。 压电传感器实际等效电路 1.电压放大器 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器。 ①电压放大器（阻抗变换器） 电压放大器等效电路图 放大器的输出与 、 、 放大器的输出与 ， ， 有关，而与输入信号的频率无关。 ②电荷放大器 电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的放大器。 电荷放大器等效电路 电荷放大器的输出电压只与反馈电容有关，而与连接电缆无关。放大器的输出灵敏度取决于 。 1-传力上盖；2-压电片；3-片式电极；4-电极引出插头；5-绝缘材料；6-底座 YDS-781型压电式单向力传感器结构 * * * * 是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。 压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。 3.4 压电式传感器 压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。 3.4 压电式传感器 压电效应 正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。 电能 机械能 正压电效应 逆压电效应 压电效应 逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。 电能 机械能 正压电效应 逆压电效应 天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中Z－Z称为光轴；X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴。 Z X Y (a) (b) 石英晶体 (a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 Z Y X 通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”，沿光轴Z－Z方向受力则不产生压