课件：第章压电式传感器及应用.ppt

2.电压放大器（阻抗变换器） 串联输出型压电元件可以等效为电压源，但由于压电效应引起的电容量很小，因而其电压源等效内阻很大，在接成电压输出型测量电路时，要求前置放大器不仅有足够的放大倍数，而且应具有很高的输入阻抗 * * 8.3压电式传感器的应用 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电晶片粘结在一起。其中最常用的是两片结构。由于压电元件上的电荷是有极性的，因此接法有串联和并联两种 串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压为输出量及测量电路输入阻抗很高的场合；并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。 * * 8.3.1 压电传感器的基本结构 压电元件的串联和并联接法 * * 压电晶片并联可以增大输出电荷，提高灵敏度。具体使用时，两片晶片上必须有一定的预紧力，以保证压电元件在工作时始终受到压力，同时可以消除两压电晶片之间因接触不良而引起的非线性误差，保证输出与输入作用力之间的线性关系。但是这个预紧力不能太大，否则将影响其灵敏度。 * * 压电片的并联连接电路图 * * 8.3.2 压电传感器的应用 压电式传感器主要用于动态作用力、压力、加速度的测量。 * * 1.压电式力传感器 压电式力传感器是以压电元件为转换元件，输出电荷与作用力成正比的力—电转换装置。常用的形式为荷重垫圈式，它由基座、盖板、石英晶片、电极以及引出插座等组成 * * YDS-78型压电式单向动态力传感器 变化频率不太高的动态力的测量。测力范围达几十kN以上，非线性误差小于1%，固有频率可达数十千赫。 * * 2.压电式加速度传感器 由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并用螺栓加以固定 * * 压电式加速度传感器 * * 惯性力是加速度的函数，惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷Q，当传感器选定后，传感器输出电荷与加速度a成正比 高分子压电材料的应用 * * 3. 玻璃打碎报警装置 将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。 粘贴位置 4．压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行, 对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。 * * 5.交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 * * 6.压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 * * 压电式步态分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置 压电传感器测量双腿跳的动态力 休息一下！！ * * THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 第8章压电式传感器及应用 * * 引言 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。 * * 主要章节 8.1压电效应及压电材料 8.2压电式传感器测量电路 8.3压电式传感器的应用 * * 8.1压电效应及压电材料 1．压电效应的概念 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。 * * 8.1.1 压电效应 压电效应可逆性 * * 2.压电效应原理 具有压电效应的物质很多，如石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材料等 石英晶体是一种应用广泛的压电晶体。它是二氧化硅单晶体，属于六角晶系。它为规则的六角棱柱体。石英晶体有3个晶轴：x轴、y轴和z轴。 z轴又称光轴，它与晶体的纵轴线方向一致：x轴又称电轴，它通过六面体相对的两个棱线并垂直于光轴：y轴又称为机械轴，它垂直于两个相对的晶柱棱面。 * * 石英晶体及切片 * * 石英晶体的压电效应与其内部结构有关，产生极化现象的机理可说明。 石英晶体的化学式为SiO2，它的每个晶胞中有3个硅离子和6个氧离子，一个硅离子和两个氧离子交替排列（氧离子是成队出现的）。 沿光轴看去，