压电效应和压电材料介绍.ppt

* 2. 电荷放大器 用电压放大器作为前置变换电路使得输出U不仅与电荷量有关，还与连接电缆等分布参数如CC有关，所以系统的互换性不好，采用电荷放大器就可以较好地解决这个问题。 电荷放大器实际上是一个具有深度负反馈的高增益运算放大器。 * 电荷放大器等效电路 电荷放大器常作为压电传感器的输入电路，由一个反馈电容CF和高增益运算放大器构成。由于运算放大器输入阻抗极高，放大器输入端几乎没有分流，故可略去Ra和Ri并联电阻。 * 由运算放大器基本特性， 可求出电荷放大器的输出电压 通常A=104-108，因此,当满足(1+A)CfCa+Cc+Ci时，上式可表示为 * 由上式知，电荷放大器的输出电压Uo只取决于输入电荷与反馈电容CF，与电缆电容Cc无关，且与q成正比，因此，采用电荷放大器时，即使连接电缆长度在百米以上，其灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的最大特点。在实际电路中，CF的容量做成可选择的，范围一般为100-104pF。 * 5.3 压电式传感器的应用 压电式单向测力传感器的结构图，主要由石英晶片、 绝缘套、电极、上盖及基座等组成。 压力式单向测力传感器结构图 压电式测力传感器 * 传感器上盖为传力元件，它的外缘壁厚为0.1-0.5mm，当外力作用时，它将产生弹性变形，将力传递到石英晶片上。石英晶片采用xy切型， 利用其纵向压电效应，通过d11实现力—电转换。石英晶片的尺寸为φ8×1mm。该传感器的测力范围为0-5000N，最小分辨率为0.01 N，固有频率为50-60 kHz，整个传感器重为10 g。 典型应用：机床动态切削力的测量。 * 压电式刀具切削力测量示意图 * 图是一种压电式加速度传感器的结构图。它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。 压电式加速度传感器结构图 压电式加速度传感器 * 当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用， F=ma 式中：F—质量块产生的惯性力;m—质量块的质量 a——加速度。 此时惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感器选定后，m为常数，则传感器输出电荷为 q=d11F=d11ma 与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。 * 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 使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q ，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。 压电式玻璃破碎报警器 * 压电式压力传感器 引线 壳体 基座 压电晶片 受压膜片 导电片 p 压电式测压传感器 * 当膜片受到压力F作用后，在压电晶片表面上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为 即：压电式压力传感器的输出电荷q与输入压强P成正比。 * 压电式声传感器 压电陶瓷换能器结构图 铝头 螺钉 黄铜尾部 压电陶瓷圆环 当交变信号加在压电陶瓷片两端面时，由于压电陶瓷的逆压电效应，陶瓷片会在电极方向产生周期性的伸长和缩短 。 * 当一定频率的声频信号加在换能器上时，换能器上的压电陶瓷片受到外力作用而产生压缩变形，由于压电陶瓷的正压电效应，压电陶瓷上将出现充、放电现象，即将声频信号转换成了交变电信号。这时的声传感器就是声频信号接收器。 如果换能器中压电陶瓷的振荡频率在超声波范围，则其发射或接收的声频信号即为超声波，这样的换能器称为压电超声换能器。 * 压电式流量计 流量显示 输出信号 换能器 换能器 接收 接收 发射 发射 压电超声换能器每隔一段时间(如1/100s)发射和接收互换一次。在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。 压电式流量计 * 压电式传感器在测漏中的应用 A B O点 LA LB 地 面 L 如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB。 * 两者时间差为 Δt= tA-tB=（LA - LB ）/v 又L=LA +LB ，所以 * 超声速测量实验装置 信号发生器 S1 示波器 频率计 S2 l 游标卡尺 压电声传感器在超声速测量实验中的应用 * 当信号发生器产生的正弦交流信号加在压电陶瓷片两端面时，压电陶瓷片将产生机械振动，在空气中激发出声波。所以，换能器S1是声频信号发生器。 当S1发出的声波信号经过空气传播到达换能器S2时，空气振动产生的压力作用在S2的压电陶瓷片上使之出现充、放电现象，在示波器上就能检测出该交变信号。