第5章 压电传感器 自动检测技术.ppt

（一）石英晶体 热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。 逆压电效应：是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。 注意 压电元件必须有一定的预应力，这样可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，因为此时输出与作用力成线性关系。 二、压电式传感器测量电路 作用： 1、把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出； 2、把传感器的微弱信号进行放大。 高分子振动传感器 用于汽车防盗报警器,卧式滚筒洗衣机振动不平衡及其他要求安静,小噪音的家用电器如空调及电子靶镖记分等振动信号的检测,也可以用于记数器的触发器做为柔性开关。 习题3 K=K1K2K3=10x0.008x25=2mm/mPa * 第五章 压电式传感器 压电式传感器的测量原理：利用压电效应将被测量的变化转变为电荷量的变化。 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。 一、压电效应 天然形成的石英晶体外形 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 石英晶体切片 双面镀银并封装 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，给压电陶瓷加一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，刚度大，并具有较高的固有振动频率； 3）电阻率大，介电常数大； 4）居里点高； 5）时间稳定性好。 酒石酸钾钠??? 无机化工????? 无机盐外观?无色透明或白色结晶用途：在印刷业上制版、制镜、热水瓶工业作还原剂，电镀工业络合剂，医药上作缓泻剂，电讯工业上用以制晶体喇叭及话筒，化肥工业ADA脱硫剂，在玻璃或其他工业上均有应用。 （二）水溶性压电晶体 （三）铌酸锂晶体 高温环境使用的一种压电传感器，也可用来制作光电传感器。 （四）压电陶瓷 压电半导体兼有半导体和压电两种物理性能，因此，既可用它的压电性能研制压电式力敏传感器，又可利用其半导体性能加工成电子器件，将两者结合起来，就可研制出传感器与电子线路一体化的新型压电传感测试系统。 （五）压电半导体 高分子压电薄膜和电缆 电缆 （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 压电材料的相对介电常数 真空介电常数 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 （二）电荷放大器 忽略三个电阻的影响，输入到运放的电荷： 又 + + + + + 及 （1） 将 、 代入（1）式，得： 灵敏度