《压电式传感器》word版

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1、第7章压电式传感器一、单项选择题1、A2、B3、D4、B5、D6、A7、C8、B9、D10、B11、A12、D13、A二、多项选择题1、ABCD2、ABCD3、ABCD三、填空题1、压电效应2、逆压电效应3、z轴/光轴4、外电场；压力5、电荷源Q；电容器C；电容6、自发的极化；极化处理7、有源；压电效应8、压电9、电荷量；几何尺寸 10、晶粒的极化方向；压电特性11、随时间变化缓慢 ；静态量12、电荷13、输出电压；压电系数14、电荷放大器；电压放大器15、正压电效应；逆压电效应16、电轴；压电效应；机械轴；机械变形17、机械能；电能；电能；机

2、械能18、压电系数；弹性系数；介电常数；机电耦合系数；居里点；电阻四、简答题1、答：正压电效益就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。2、答：石英晶体的z轴：是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电

3、效应。石英晶体的x轴：称为电轴，压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚。沿电轴方向的力作用于晶体时所产生的电荷量的大小与切片的几何尺寸无关。石英晶体的y轴：是机械轴，沿机械轴方向的力作用于晶体时产生的电荷量大小q，与晶体切片的几何尺寸有关。3、答：压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场。在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电

4、场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场愈强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，当外电场去掉后，电畴的极化方向基本变化，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性。4、答：5、答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。　　串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。6、

5、答：电荷放大器的特点是：　①放大器的输入阻抗极高，输入端几乎没有分流，电荷Ｑ只对反馈电容Ｃｆ充电，充电电压Ｕｃｆ（反馈电容两端的电压）接近于放大器的输出电压。　②电荷放大器的输出电压Ｕo与电缆电容Cc无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的突出优点。由于Q与被测压力成线性关系，因此，输出电压与被测压力成线性关系。7、答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。   传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。8、答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变

6、形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料9、答：结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接

7、，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。10、答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。11、答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率

8、特性，以使传感器能用于更广泛的领域。12、答：压电陶瓷产生压电效应的原理•极化前，存在许多自发极化的电畴•极化中，电畴自发极化方向转到与外加电场方向一