自动检测技术及应用第六章.pdf

第六章 压电传感器 本章学习压电传感器 的原 理、应用及振动频谱分析。 2015/ 12/6 Sunday 1 第一节 压电传感器的工作原理 压电式传感器是一种自发电式传感器。 它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作 用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电 量电测的目的。 压电传感元件是力敏感元件，它可以测量 最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态 力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静 态参数的测量。 2015/ 12/6 Sunday 2 一、压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚 石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到 压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷 Q与所施加的力F成正比 ，这种现象称为压电效 应 。还有一些人造的材料也具有压电效应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压，它 就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质 的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应 （电 致伸缩效应）。 石英晶 体的压电 效应演示 当力的方向改变时，电荷的极性随之改 变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当 动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而 很快泄漏、消失。 二、压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料一般 有三类： 一类是压电晶体 （如上述的石 英晶体）； 另一类是 经过极化处理的 压电陶瓷；第三类是高分子压电材料。 2015/ 12/6 Sunday 5 （一）石英晶体 天然形成的石英晶体外形 2015/ 12/6 Sunday 6 天然形成的石英晶体外形 （续） 2015/ 12/6 Sunday 7 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 双面镀银并封装 2015/ 12/6 Sunday 8 石英晶体振荡器 （晶振） 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 2015/ 12/6 Sunday 荡输出频率。 9 （二）压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料， 它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造 成本却较低，因此目前国内外生产的压电元 件绝大多数都采