第6章压电式传感器ppt课件.ppt

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1、第6章压电式传感器本章学习要求：掌握压电式传感器的工作原理、等效电路与信号调理电路及其工程应用；2.了解声表面波传感器的工作原理及应用。传感器与测试技术第6章压电式传感器6.1工作原理6.1.1压电效应某些晶体材料受到外力作用时，不仅发生变形，而且内部被极化表面产生电荷；当外力去掉后，又回到原来状态，这种现象称为正压电效应。Fx1.石英晶体的压电效应6.1.1压电效应纵向压电效应沿x轴方向作用Fx，在垂直x轴平面产生电荷：横向压电效应沿y轴方向作用Fy，在垂直x轴平面产生电荷：2.压电陶瓷的压电效应压电陶瓷是人工制造的多晶体

2、压电材料，在未进行极化处理时，不具有压电效应。经过极化处理后，其压电效应非常明显，具有很高的压电常数。未极化极化极化后6.1.1压电效应6.1.2压电常数单位应力所产生的电荷密度称为压电常数。电荷密度与施加的应力成正比，即——垂直x、y、z轴平面产生的电荷密度；——沿x、y、z轴方向承受的正应力；——垂直x、y、z轴平面承受剪切应力。6.1工作原理对于石英晶体，压电常数矩阵为：，，，独立常数只有d11和d14。6.1.2压电常数对于钛酸钡压电陶瓷，压电常数矩阵为：独立的压电常数有三个，即6.1.2压电常数+++并联串联+++

3、+++---6.3等效电路与信号调理电路6.3.1等效电路第6章压电式传感器6.3.2信号调理电路(前置放大器)作用：阻抗变换，放大信号1.电压放大器6.3等效电路与信号调理电路当，即时下限截止频率满足：，高频响应很好，低频响应差。6.3.2信号调理电路2.电荷放大器——与电缆分布电容无关6.3.2信号调理电路6.4压电式传感器的应用6.4.1压电式力传感器6.4.2压电式加速度传感器1.工作原理测量时，通过基座底部的螺孔将传感器与试件刚性连接，传感器感受与试件相同频率的振动。质量块以正比于加速度的交变力作用在压电元件上，压

4、电元件的两个表面就有电荷产生，其电荷量与作用力成正比，即与试件的加速度成正比。2.结构形式：分为压缩型、剪切型和组合型6.4压电式传感器的应用3.应用举例没有缺陷的桥墩为一坚固整体，相当于一个大质量块，激励后只有一个谐振频率点，加速度响应曲线为单峰。若桥墩有缺陷，其力学系统相当于两个或数个质量—弹簧系统，具有多个谐振频率点，激励后的加速度响应曲线将显示出双峰或多峰。6.4压电式传感器的应用压电引信(军用弹丸启爆装置)：压电元件安装在弹丸的头部，启爆装置装在弹丸的尾部。平时开关K置a位，电雷管处于短路保险安全状态；弹丸发射后，

5、开关从a处断开与b接通，电雷管处于工作状态。当弹丸与装甲目标接触时，碰撞压力使压电元件产生电荷，电雷管启爆，使破甲弹上的炸药爆炸，摧毁装甲目标。6.4压电式传感器的应用产品压力传感器加速度传感器力传感器6.4压电式传感器的应用6.4.3压电式超声波传感器压电式超声波传感器（超声波探头）是利用压电元件的逆压电效应，将高频交变电场转换成高频机械振动而产生超声波（发射探头），再利用正压电效应将超声振动波转换成电信号（接收探头)。发射探头和接收探头结构基本相同，有时可用一个探头完成两种任务。6.4压电式传感器的应用1.压电式超声波厚

6、度传感器在示波器上直接读出发射与接收超声波脉冲之间的时间间隔t和超声波在试件中的传播速度c，由此可计算出被测试件的厚度：6.4压电式传感器的应用2.压电式超声波流量计设流体静止时超声波传播的速度为c，流体的流速为v，顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为t2，则由于，则：6.4压电式传感器的应用tuo案例：超声波探伤/测距/测物6.4压电式传感器的应用案例：倒车雷达6.4压电式传感器的应用案例：鱼群探测器6.4压电式传感器的应用6.5声表面波(SAW)传感器第6章压电式传感器6.5.1SAW传感器的结构类型与工作原理

7、SAW传感器是一种将声表面波技术、电子技术以及薄膜技术集合而成的新型传感器，能将温度、压力、流量、磁场强度、加速度等转换为声表面波振荡频率的变化。1.延迟线型SAW振荡器T1发射SAW，T2接收SAW，放大器放大电信号后再正反馈到T1，从而构成振荡回路。振荡条件：2.谐振型SAW振荡器T1发射SAW，T2接收SAW，反射栅构成谐振腔。当SAW在压电基片上传播时，反射栅将产生相干反射，适当设计反射栅的长度和位置，即选择谐振腔长度，在谐振腔内形成驻波，能量被封闭在腔体内。若以某种方式从腔体内取出能量，就可得到单一频率的谐振波。6

8、.5声表面波传感器6.5.2SAW传感器的应用1.SAW气体传感器选择性气体敏感膜覆盖在SAW的传播路径上，当敏感膜吸附气体分子时，会引起敏感膜密度、弹性参数、导电率、介电常数等发生变化，从而引起SAW传播速度和延迟时间变化，导致振荡器频率发生变化，通过检测频率的变化来感知气体浓度。6.5