压电传感器压电式传感器的工作原理.PDF

上海电机学院 电气学院 第六章 压电传感器 课题：压电传感器的原理及应用 课时安排：2 课次编号：10 难点： 振动的测量 教材分析 重点： 压电传感器的应用 教学目的和要求 1、了解压电传感器的工作原理； 2 、了解振动的参数； 3、掌握压电测振的原理； 4 、掌握频谱图的读法； 教具：各种压电传感 采用教学方法和实施步骤： 讲授、课堂互动、分析 器 各 演示： 教 做以下的实验： 学 取一只电子打火机的点火头，让圆柱形铜质质量快快速撞击压电片，观察压电片 环 的放电火花。 节 从以上演示，引入第一节的压电效应。 和 第一节 压电式传感器的工作原理 内 容 一、压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产 生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态， 这种现象称为压电效应 （Piezoelectric Effect ）。 在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械振动。当去掉外加电场时， 电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应 （电致伸缩效应）。 例如，音乐贺卡中的压电片就是利用逆压电效应而发声的。 由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要 测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于 静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一 定的电流，故只适用于动态测量。 在晶体的弹性限度内，在 x 轴方向上施加压力 Fx 时，在 x 面上产生的电荷为 Q d F （6-1） 11 x 式中 d11——压电常数。 自然界中与压电效应有关的现象很多。 举例：在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破 碎的一瞬间，发出暗淡的蓝色闪光，这是强电场放电所产生的闪光，产生闪光的机理 也是晶体的压电效应。 又例：在敦煌的鸣沙丘，当许多游客在沙丘上蹦跳或从鸣沙丘上往下滑时，可以 听到雷鸣般的隆隆声。产生这个现象的原因是无数干燥的沙子 （SiO2 晶体）在重压引 起振动，表面产生电荷，在某些时刻，恰好形成电压串联，产生很高的电压，并通过 空气放电而发出声音。 再例：在电子打火机中，多片串连的压电材料受到敲击，产生很高的电压，通过 1 上海电机学院