第7章1 压电式传感器.pdf

传感器原理与应用 传感器原理与应用 第7章 压电元件与超声波传感器 第7章 压电元件与超声波传感器 第7章 压电式传感器 第7章 压电式传感器 概述 概述  压电式传感器以电介质的压电效应为基础， 压电式传感器以电介质的压电效应为基础， 外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实 外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实 现非电量测量,是一种典型的发电型传感器. 现非电量测量,是一种典型的发电型传感器.  压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击  压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击 和振动进行测量，在声学、医学、力学、导 和振动进行测量，在声学、医学、力学、导 航方面都得到广泛的应用。 航方面都得到广泛的应用 第7章 压电式传感器 第7章 压电式传感器 概述 概述 压电陶瓷超声换能器 压电加速度计 压电警号 压电陶瓷位移器 压电秤重浮游计 第7章 压电式传感器 第7章 压电式传感器 7.1 压电效应 7.1 压电效应  自然界中32种晶体点阵，分为中心 对称和非对称两大类，其中非中心对称 的有21种，20种具有压电效应，压电现 象是晶体缺乏中心对称引起的。  某些电介质（晶体）当沿着一定方  某些电介质（晶体）当沿着一定方 向施加力变形时，内部产生极化现象， 向施加力变形时，内部产生极化现象， 同时在它表面会产生符号相反的电荷； 同时在它表面会产生符号相反的电荷； 当外力去掉后又重新恢复不带电状态； 当外力去掉后又重新恢复不带电状态； 当作用力方向改变后，电荷的极性也随 当作用力方向改变后，电荷的极性也随 之改变; 这种现象称压电效应。 之改变; 这种现象称压电效应。 第7章 压电式传感器 第7章 压电式传感器 7.1 压电效应 7.1 压电效应  压电效应是可逆的  压电效应是可逆的  在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生形变，  在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生形变， 将电能转化成机械能，这种现象称“逆压电效应”。 将电能转化成机械能，这种现象称“逆压电效应”。  压电元件可以将机械能 电能  压电元件可以将机械能 电能 也可以将电能 机械能 也可以将电能 机械能 机 械 电 能 压电元件 能 第7章 压电式传感器 第7章 压电式传感器 7.2 压电材料 7.2 压电材料 7.2.1 石英晶体 7.2.1 石英晶体 自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发现 自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发现 石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅是优能的压电材料。 石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅是优能的压电材料。 压电材料可以分为两类：压电晶体、压电陶瓷。 压电材料可以分为两类：压电晶体、压电陶瓷。 • 石英晶体特征 • 石英晶体特征 天然、人工晶体两种都属于单晶体 天然、人工晶体两种都属于单晶体 化学式为 —— SiO2 化学式为 —— SiO2 外形无论再小都呈六面体结构 外形无论再小都呈六面体结构 沿各个方向的特征不同 （按特定方向切片） 沿各个方向的特征不同 （按特定方向切片） 沿X （电轴）作用产生电荷称纵向压电效应 沿X （电轴）作用产生电荷称纵向压电效应 沿Y