压电式传感器07电子工艺.ppt

3.3压电式传感器主要内容：1.压电式传感器2.压电效应和压电材料3.压电元件的等效电路4.压电式传感器的测量电路重点：压电效应、压电元件的等效电路难点：压电式传感器的测量电路STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。是一种典型的有源传感器特点:工作频带宽，灵敏度高，结构简单，体积小，重量轻，工作可靠。应用范围：各种动态力、机械冲击、振动测量、生物医学、超声、通信、宇航等领域。一.压电式传感器1.1、压电式传感器的应用

1压电式脚踏报警器玻璃打碎报警装置粘贴位置将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。3.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。压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量5.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1.2.总结分析、压电传感器的工作原理热能电能机械能电能压电式传感器的原理：正压电效应热电偶的原理：热电效应正压电效应：当压电材料受到一定方向作用力时而发生机械变形，相应的在一定表面上产生电荷，电荷量Q与所施加的力F成正比，这种现象称为压电效应。（压电式传感器）01逆压电效应：当压电材料处于变化的电场中时，压电材料的体积将产生伸长或缩短的变化，称作逆压电效应(压电式喇叭）02二.压电效应压电效应演示当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。2.1、常用的压电材料及压电材料的压电效应压电材料01020304压电陶瓷：钛酸钡、锆钛酸铅天然：石英晶体人造压电材料：05高分子压电材料:聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、改性聚氯乙烯等天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形（续）二.压电效应2.2石英晶体的压电效应天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体ZXY(a)(b)石英晶体(a)理想石英晶体的外形(b)坐标系ZYX在晶体学中它可用三根互相垂直的轴表示，Z轴称为光轴；X轴称为电轴；Y轴称为机械轴。纵向压电效应：X轴横向压电效应：Y轴沿光轴Z－Z方向受力则不产生压电效应。石英晶体切片及封装石英晶体薄片双面镀银并封装2.2石英晶体的压电效应定性分析图3-13垂直x轴的石英切片及其压电效应定量计算：从晶体上沿轴线切下的薄片称为“晶体切片”。图3-13所示是垂直于电轴Ｘ切割的石英片，在与Ｘ轴垂直的两面覆以金属。沿Ｘ方向施加作用力Ｆx时，在与电轴X垂直的表面上产生电荷Ｑxx为：式中d11—石英晶体的纵向压电系数在覆以金属极面间产生的电压为：产生电压为：如果在同一切片上，沿机械轴Y方向施加作用力Fy时，则在与X轴垂直的平面上产生电荷为：式中d12—石英晶体的横向压电系数。根据石英晶体的轴对称条件可得d12=-d11,所以2.3??压电陶瓷的压电效应压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。直流电场E剩余极化强度剩余伸长电场作用下的伸长(a)极化处理前(b)极化处理中(c)极化处理后经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，约为石英晶体的几百倍，但机械强度较石英晶体差。2.3??压电陶瓷的压电效应a—Z向施力；b—X向施力图3-14压电陶瓷的压电效应上分别出现正负电荷，电荷量Qzz式中dzz—压电陶瓷的纵向压电系数。与力Fz成比例，即:输出电压为:01030204则在两个镀银（或金）的极化面2.3??压电陶瓷的压电效应