自动检测技术第3版马西秦第5章节压电传感器.pptVIP

尚辅网 / 第五章 压电式传感器 压电式传感器：当外力作用于某些晶体时，发生压电效应，在晶体表面产生电荷，通过检测发电电荷量的大小测出作用力的大小。 可制成力、压力、加速度等传感器。 体积小、轻便、频带宽、灵敏度高。 第一节 压电式传感器原理 压电效应：某些晶体在一定方向上受到外力作用时，内部产生极化现象，相应在晶体的两个表面上产生符号相反的电荷。当外力除去时，电荷消失；当外力反向时，电荷极性也反向。被称为压电效应。 一、压电效应 二、石英晶体的压电效应 石英：二氧化硅单晶， 六角棱柱体， X、Y、Z三个晶轴。 ｙ x ｚ Ｚ光轴 Ｘ电轴 机械轴 坐标轴 晶体切块 1、X向应力--纵向压电效应 电荷计算： 2、Y向应力—横向压电效应 Ｚ光轴 Ｘ电轴 机械轴 晶体切块 压力 拉力 压力 拉力 分别为两个方向的压电系数。 且： 关于压电效应的 解释： 硅离子 硅离子 硅离子 氧离子 氧离子 氧离子 石英晶体 在X-Y平面 离子分布 X方向受力 Y方向受力 Z方向受力 将不产生压电效应！ 三、压电陶瓷的压电效应 压电陶瓷：多晶铁电体，具有电畴（分子自发形成的电场区域）结构的压电材料。正常状态下对外不呈现电荷。 在一定温度下，对压电陶瓷加强电场进行极化处理，内部电畴的排列被人为地规则化，当强电场撤消后，压电陶瓷就具有了压电特性。 多晶铁电体 在强电场中极化 电畴排列规则化 电荷计算： 为纵向压电系数。 取压电材料的极化方向为Z轴 Z受压 Y受压 电荷计算： 极化面面积 受力面面积 且： 第二节 压电材料及压电元件 一、压电材料 要求：1）压电常数大； 2）机械强度高； 3）电阻率大，介电常数大； 4）引起压电效应破坏的温度点（居里点）高； 5）时间稳定性好。 （一）石英晶体 （二）水溶性压电晶体 （三）铌酸锂晶体 （四）压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐、铌镁酸铅） （五）压电半导体 （六）高分子压电材料 二、压电元件 + - + + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - 并联 Q’=nQ U’=U C’=nC 串联 Q’=Q U’=nU C’=C/n 第三节 压电传感器的测量电路 一、压电式传感器的等效电路 压电式传感器可以等效为电荷源和压电元件电容器的并联电路；也可以等效为电压源和电容器的串联电路。 其中电容器为： 压电元件极板面积 元件厚度 相对介电常数 当压电式传感器连接测量仪表时的等效电路： 传感器的泄露电阻 电缆电容 放大器输入电阻电容 电缆电容 传感器的泄露电阻 放大器输入电阻电容 二、压电式传感器的测量电路 由： 得： 化 简 电缆长度会影响灵敏度！ （一）电压放大器