压电式传感器的应用.ppt

压电式传感器的应用(yìngyòng)实例 成员(chéngyuán)：郑逸凯 崔露凯 唐文杰 第一页，共21页。 压电式传感器？ 压电传感器是一种有源器件。它能在外加(wàijiā)机械激励下输出与激励成正比的电信号。 压电效应：某些电介质（晶体，极化的陶瓷，高分子聚合物和负合材料等），当在它的适当方向施加作用力时，内部会产生电极化状态(zhuàngtài)的变化，同时在电介质的两端表面出现符号相反、与外力成正比的束缚电荷。这种由外力作用而导致电介质带电的现象即为压电效应。 压电材料：石英 ，陶瓷 第二页，共21页。 压电传感器存在于生活(shēnghuó)的每个角落 了解(liǎojiě)一些传感器的基本原理 第三页，共21页。 应用(yìngyòng)实例 压电压力传感器 测量(cèliáng)电路 引线(yǐnxiàn) 基座 压电片 受压膜片 导电片 壳体 第四页，共21页。 应用(yìngyòng)实例 压电加速度传感器 压电片 质量(zhìliàng)块 基座(jī zuò) 预紧螺母 被测体 第五页，共21页。 应用(yìngyòng)实例 压电式血压计 输出(shūchū) 压电片 塑料(sùliào)块 敏感振膜 充气带 基座 血压 第六页，共21页。 在心音采集(cǎijí)中的应用举例 加速度式心音传感器：将声信号(xìnhào)转换为电信号(xìnhào) 心音：是一种生物机械振动现象，随着心脏的收缩和舒张，造成瓣膜的迅速打开或关闭(guānbì)，从而形成了由血流湍流引起的振动，脉管中血流的加速和减速也会造成血管的振动，这些振动传到胸腔表面就是心音。这些声音的频率范围一般都在20～200Hz以内 第七页，共21页。 压电式声传感器 当交变信号加在压电陶瓷片两端(liǎnɡ duān)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 。 压电陶瓷(táocí)换能器结构图 第八页，共21页。 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(biàn xíng)，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(rúguǒ)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。 第九页，共21页。 压电式流量计 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(nìliú)的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。 第十页，共21页。 压电式传感器在测漏中的应用(yìngyòng) 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(jiēshōu)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。 第十一页，共21页。 两者时间差为 Δt= tA-tB=（LA - LB ）/v 又L=LA +LB ，所以(suǒyǐ) 第十二页，共21页。 压电声传感器在超声速测量实验(shíyàn)中的应用 超声速测量实验(shíyàn)装置 第十三页，共21页。 当信号发生器产生的正弦交流信号加在压电陶瓷(táocí)片两端面时，压电陶瓷(táocí)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S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。所以(suǒyǐ)，换能器S2是声频信号接收器。 第十四页，共21页。 加速度型心音(xīnyīn)传感器 这类传感器的结构形式很多，均根据惯性(guànxìng)原理来测量振动或者加速度，采用压电元件是常用的一种方法。 结构上由（质量块，弹簧，外壳构成的振动系统）+（压电元件）两部分构成。为获得合适的阻尼，壳体内充硅油和橡胶。硬弹簧和质量块一起向压电片施加静态预压缩载荷，它要远大于测量中可能承受的最大动应力。 当传感器向上运动时，质量块产生的惯性(guànxìng)力使压电元件上的压力增加；反之，则压力减小。压电元件将惯性(guànxìng)质量的位移或振动加速度转换成电量来实现测量。测量心音是一种典型的应用。 第十五页，共21页。 原理(yuánlǐ) 将一个质量块以一定的预应力安装在双压电晶体上 压电晶体和导线都用导电胶粘结在底座(dǐzuò)上。 测量时将心音传感器底座(dǐzuò)用橡皮