3.5.1_压电式传感器1.ppt

3.5 电势式传感器原理与应用 3.5.1 压电式传感器 3.5.2霍尔传感器 * * * * * 检测技术 （3）压电高分子材料 高分子材料属于有机分子半结晶或结晶聚合物，其压电效应较复杂，不仅要考虑晶格中均匀的内应变对压电效应的贡献，还要考虑高分子材料中作非均匀内应变所产生的各种高次效应以及同整个体系平均变形无关的电荷位移而表现出来的压电特性。 目前已发现的压电系数最高、且已进行应用开发的压电高分子材料是聚偏氟乙烯，其压电效应可采用类似铁电体的机理来解释。 检测技术 高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 检测技术 1） 压电元件的连接 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。从作用力看，元件是串接的，因而每片受到的作用力相同，产生的变形和电荷数量大小都与单片时相同。 压电元件连接方式 2、 测量电路 检测技术 图a）从电路上看，这是并联接法， 类似两个电容的并联。所以，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。 图b）从电路上看是串联的，两压电片中间粘接处正负电荷中和，上、 下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍。 检测技术 并联接法，输出电荷大，时间常数大，宜用于测量缓变信号，并且适用于以电荷作为输出量的场合。 串联接法，输出电压大，本身电容小，适用于以电压作为输出信号，且测量电路输入阻抗很高的场合。 2）等效电路 检测技术 压电式传感器等效电路 当压电传感器中的压电晶体承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷。可把压电传感器视为两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器。 电容量为 ： 当两极板聚集异性电荷时，则两极板呈现一定的电压，其大小为： 检测技术 如果用导线将压电传感器和测量仪器连接时,则应考虑连线的等效电容,前置放大器的输入电阻、输入电容。 Ca Ra Cc Ri Ci q 压电传感器的完整等效电路 Ca传感器的固有电容 Ci 前置放大器输入电容 Cc 连线电容 Ra传感器的漏电阻 Ri前置放大器输入电阻 测量 仪器 前置 放大 传感器 压电传感器 简单测量系统 检测技术 （1）压电式传感器的前置放大器有两个作用： ① 把压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出； ② 放大压电式传感器输出的弱信号。 （2）前置放大器形式： ① 电荷放大器：把压电元件高内阻的电荷源变为传感器低内阻的电压源，使其输出电压与输入电荷成正比； ② 电压放大器:其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；输出电压灵敏度受分布电容的影响； 3） 压电式传感器的信号调节电路 检测技术 放大器输入端等效电路 检测技术 3）电荷放大器 检测技术 3、 典型应用 第6章 压电式传感器 1） 压电式加速度传感器 检测技术 2） 交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 检测技术 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。 高分子压电电缆的应用演示 检测技术 本章小结 压电效应 压电材料 压电元件及结构形式； 压电传感器等效电路 测量电路 （1）电压放大器 （2）电荷放大器 压电传感器的应用 一、单项选择题 1、对石英晶体，下列说法正确的是（ ）。 A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。 B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。 C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。 D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。 2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（ ） A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好 B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好 C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好 D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好 A B 习 题 检测技术 3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（ ） A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半 B. 并联时输出电压不变，电荷量增加