《传感器与检测技术》胡向东ppt课件.ppt

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1、同学们好！1第五章压电式传感器压电器件受力、表面形变电荷2§5-1压电效应和压电材料一、压电效应1、正（顺）压电效应2、逆压电效应（电致伸缩）3压电介质正压电效应Q(E)电能T(S)机械能逆压电效应二、压电材料简介压电常数弹性常数（刚度）介电常数机电耦合系数电阻居里点压电效应强弱：灵敏度固有频率、动态特性固有电容、频率下限机电转换效率泄漏电荷、改善低频特性丧失压电性的温度4常用压电材料5三、石英晶体的压电特性居里点573℃，六角晶系结构光轴电轴机械轴6x轴方向受力：压力x轴方向受力：拉力y轴方向

2、受力：压力y轴方向受力：拉力7四、压电陶瓷的压电现象人造多晶体：经极化处理后的人工多晶铁电体电畴未极化前：不具压电性撤销外电场加外电场E8对外不呈极性加力F：放电现象取消F：充电现象机械能电能正压电效应：9§5-2等效电路和测量电路一、压电晶片的连接方式（1）并联：（2）串联：10二、压电传感器的等效电路只适宜动态测量压电晶片：压电传感器：11压电传感器在实际测量系统中的等效电路12三、压电传感器的测量电路前置放大器的作用：（1）放大（2）阻抗转换电压放大器电荷放大器1、电压放大器13前置放大器

3、输入端电压：前置放大器输入端电压幅值：输入电压与作用力间的相位差：14时间常数15输入电压与作用力间的相位差：时间常数16讨论：适合测量高频交变力由运算放大器构成的电压比例放大器172、电荷放大器灵敏度与电缆电容无关上限下限18§5-3压电传感器的应用例1：压电式测力传感器压电式三向力传感器19例2：压电式压力传感器电极结构预紧力20例3：压电引信压电陶瓷：弹丸起爆装置——破甲弹21例4：火炮堂内压力测试发射药在堂内燃烧形成压力完成炮弹的发射。堂内压力的大小，不仅决定着炮弹的飞行速度，而且与火炮

4、、弹丸的设计有着密切关系。22例5：压电式加速度传感器——重块质量——加速度23例6：冲击试验台的标定和检测产品过载冲击试验跌落高度h被冲击介质：钢、橡胶、塑料、木块加速度产品24例7：汽车安全气囊系统事故性碰撞：点火信号、电点火管、气体发生剂、气体、充气、弹性体25例8：气体发生器输出特性测试密封容器压力测试法26例9：振动测量仪加速度160ug~10g速度0.4~80cm/s振幅4um~8cm转换开关SA：V：D：积分：振动速度、幅值27例10：压电式血压传感器例11：指套式电子血压计28例

5、12：玻璃破碎报警器29例13：水深测量仪30例14：逆压电效应的应用声表面波传感器延迟时间SAW振子：LC谐振回路振动频率31用于结冰状况监测的冰传感器结冰现象的危害：铁路电力机车接触网导线上结冰影响机车正常行驶、冷库物资防冰、飞机安全飞行结冰状况监测：是否结冰、冰层厚度基于压电效应的冰传感器原理：三电极片式压电器件：32电极1、2间加交变电压：压电晶体机械振动，系统的谐振频率：——等效刚度——等效质量冰层检测原理：极板1上无附加物：以自身的谐振频率作机械振动；极板1上有冰冻：冰层增加系统刚度

6、，谐振频率增大；冰层越厚：刚度增加越大，谐振频率越大。三电极压电元件：T型LC三端元件，构成振荡电路。331、“基于压电器件的冰传感器”，《仪表技术与传感器》，2001年9期参考文献：2、“压电式振动给料器的研制”，《传感器技术》，2001年4期34压电元件在使用时常采用多片串联或并联的形式，分析不同接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？在电荷放大器电路中，已知：若考虑引线电容的影响，要求输出信号衰减小于1%，求：使用90pF/m的电缆其最大允许长度为多少？35