铁道车辆传感器技术—压电式传感器.pptx

项目一传感器技术;一、压电式传感器概述;简介：

在大多数情况下，螺钉拧紧技术的核心部分还是在扭矩的控制。对螺丝刀产生的扭矩进行控制和对装配结束的螺钉进行检测，都需要一种合适的扭矩转换器。扭矩转换器是一种会生成一个与扭力负载相对成比例的电信号的一种装置。;?简介：

HDP701压力传感器/变送器采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。;简介：

特点

无膜片压电式传感器.灵敏度归一化技术使得系统配置非常简便。

应用

适于热塑塑料，热固材料，橡胶LSR，压力在200bar以上的测量。;二、压电式传感器的结构和工作原理;二、压电式传感器的结构和工作原理;压电效应图(a)正压电效应(b)压电效应的可逆性;正压电效应

一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。且其电位移Q与外应力张量T成正比。

Q=dT

式中d——压电常数。

当外力消失，电介质又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。;逆压电效应

若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E成正比：

S=dtE

式中dt——逆压电常数。

这种现象称为逆压电效应，或称电致伸缩。

;压电材料的主要特性参数:

压电常数

弹性常数

介电常数

机电耦合系数

电阻

居里点;三、压电式传感器材料;（一）石英晶体(SiO2)

石英晶体俗称水晶，有天然和人工之分。目前传感器中使用的均是以居里点为573℃，晶体的结构为六角晶系的α-石英。其外形如图所示，呈六角棱柱体。有m、R、r、s、x共5组30个晶面组成。;“纵向压电效应”：沿电轴（X轴）方向的力作用下产生电荷。

“横向压电效应”：沿机械轴???Y轴）方向的力作用下产生电荷。

在光轴（Z轴）方向时则不产生压电效应。;电荷的符号与受力方向的关系;石英晶体的压电效应;（二）其他压电单晶

压电单晶中除天然和人工石英晶体外，锂盐类压电和铁电单晶如铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锗酸锂LiGeO3)等材料，也已在传感器技术中日益得到广泛应用，其中以铌酸锂为典型代表，在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。;（三）压电陶瓷

压电陶瓷是多晶体，每个晶粒有自发极化的电畴，每个单晶粒形成一个与自发极化方向一致的小区域即电畴。电畴间边界称畴壁。相邻不同电畴间自发极化强度取向有一定夹角（与晶体结构有关）。刚烧结好的压电陶瓷内的电畴是无规则排列，其总极化强度为0，此时受力则无压电效应。

人工制造的多晶体压电材料，由无数细微的单晶组成。极化方向杂乱无章，压电陶瓷材料整体对外不显极化方向，各向同性。;压电陶瓷的极化;压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图;当施加压力时，陶瓷片产生压缩变形，极化强度变小，因此，吸附在其表面的自由电荷，有一部分自由电荷被释放而呈现放电现象。

当撤销压力时，陶瓷恢复原状，极化强度增大，因此又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。

这种因受力而产生的机械效应转变为电效应，将机械能转变为电能，就是压电陶瓷正压电效应。钛酸钡的压电系数为石英的50倍（在70℃时）。

;（四）新型压电材料

1.压电半导体

2.有机高分子压电材料

（1）某些合成高分子聚合物，经延展拉伸和电极化后具有压电性高分子压电薄膜，如聚氟乙烯PVF)等。

（2）高分子化合物中掺杂压电陶瓷PZT或BaTiO3粉末制成的高分子压电薄膜。;四、压电式传感器应用;2、?压电式力传感器

下页图为YDS-78型压电式单向动态力传感器的结构，它主要用于变化频率不太高的动态力的测量，如车床动态切削力的测试。被测力通过传力上盖使石英晶片在沿电轴方向受压力作用而产生电荷，两块晶片沿电轴反方向迭起，其间是一个片形电极，它收集负电荷。两压电晶片正电荷侧分别与传感器的