压电式传感器.ppt

《压电式传感器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第七章压电式传感器传感器与检测技术课程回顾霍尔效应的物理解释.影响霍尔电势大小的因素,用半导体且用N型材料制作霍尔元件的原因霍尔不等位电势原因及其补偿.温度误差及其减少的措施;恒流源温度补偿电路(图)及其工作原理.霍尔效应原理霍尔不等位电势原因及其补偿恒流源温度补偿电路举例说明霍尔传感器的应用电流磁场转速计数接近开关ABS防抱死点火无刷电动机第7章压电式传感器压电式传感器的工作原理压电材料及压电机理分析压电式传感器的等效电路信号调节电路压电式传感器的应用学习要求了解压电效应及石英晶体、陶瓷的压电效应；掌握压电式传感器的等效电路；熟悉电压放

2、大器原理及使用特点；熟悉电荷放大器的特点及使用注意事项；了解压电式传感器的简单应用。概述压电式传感器是一种典型的发电型传感器，以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。（一）石英晶体天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形石英晶体切片及封装石英晶体薄片双面镀银并封装石英晶体压电晶片人工合成水晶石英晶体振荡器（晶振）石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。晶

3、振压电加速度计压电陶瓷超声换能器压电警号压电陶瓷位移器压电秤重浮游计晶体点火器（二）压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷（如BaTiO3等）。压电陶瓷外形无铅压电陶瓷及其换能器外形（上海硅酸盐研究所研制）高分子压电薄膜及拉制（三）高分子压电材料典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一种柔软的压电材料

4、，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量动态范围可达80dB。高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板压电式脚踏报警器高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应）7.1压电式传感器的工作原理★正压电效应：有些材料，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复为不带电的状态。当作用力的方向改变时，电荷的极性随之改变。★逆压电效应：在这些材料

5、的极化方向施加电场，它们就会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”，或称为“电致伸缩效应”。压电材料：具有压电效应的材料称为压电材料。压电介质正压电效应Q(E)电能T(S)机械能逆压电效应石英晶体的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。石英晶体有天然的石英和人工石英单晶体两种。结构：石英晶体属六方晶体，有右旋石英晶体和左旋石英晶体之分，其理想外形共包括三十个晶面，分成五组。以m、R、r、s和x表示。六个m面也称柱面，六个R面也称大棱面，六

6、个面r也称为小棱面，还有六个s面和六个x面。7.2压电材料及压电机理分析z轴：晶体对称轴，无压电效应，中心轴，又称为光轴；x轴：两平行柱面内夹角等分线，与z轴垂直的平面上，并通过相对两棱的直线(有三个)垂直此轴压电效应最强。称为电轴。y轴：与x轴、z轴垂直的是y轴，在电场作用下变形最大，称为机械轴。图7-2石英晶体(a)晶体外形；(b)切割方向；(c)晶片产生的电荷大小分析：若从晶体上沿y方向切下一块如图6-2（c）所示的晶片，当沿电轴方向施加作用力Fx时，在与电轴x垂直的平面上将产生电荷，其大小为式中,d11为x方向受力的压电系数。若在

7、同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力Fy，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷qy，其大小为式中：d12——y轴方向受力的压电系数，根据石英晶体的对称性，有d12=-d11；a、b——晶体切片的长度和厚度。电荷qx和qy的符号由受压力还是受拉力决定。压电常数dij有两个下脚注:第1个下脚注：表示晶体的极化方向，即产生电荷的表面垂直于x轴(y轴或z轴)，记作i=1（或2或3）。第2个下脚注：j=1或2、3、4、5、6，分别表示在沿x轴、y轴、z轴方向作用的正应力和在垂直于x轴、y轴、z轴的平面内作用的剪切力。压电效应的压电过程分析石英晶体的上述

8、特性与其内部分子结构有关。图6-3是一个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子，在垂直于z轴的xy平面上的投影，等效为一个正六边形排列。图中“+”代表硅离子Si4+，“_”代表氧离子O2-。当