傳感器與檢測(cè)技術(shù)黃鴻課件2016第6章壓電式

1、1.1.壓電效應(yīng)及壓電材料壓電效應(yīng)及壓電材料2.2.等效電路等效電路3.3.測(cè)量電路測(cè)量電路4.4.應(yīng)用應(yīng)用 第第6 6章章 壓電式傳感器壓電式傳感器以下傳感器的工作原理分別是。以下傳感器的工作原理分別是。 電阻傳感器電阻傳感器 電感傳感器電感傳感器 霍爾傳感器霍爾傳感器 光電傳感器光電傳感器 壓電傳感器壓電傳感器壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)光電效應(yīng)光電效應(yīng) ？ 什么是壓電效應(yīng)？什么是壓電效應(yīng)？ 哪些材料具有壓電效應(yīng)？哪些材料具有壓電效應(yīng)？引言。引言。石英晶體的壓電效應(yīng)早在石英晶體的壓電效應(yīng)早在18801880年即已發(fā)現(xiàn)，年即已發(fā)現(xiàn)，19481948年制作出

2、第一個(gè)年制作出第一個(gè)石英傳感器。在此之后，一系列的單晶、多晶陶瓷材料和有機(jī)高石英傳感器。在此之后，一系列的單晶、多晶陶瓷材料和有機(jī)高分子聚合物的壓電效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)了。分子聚合物的壓電效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)了。18801880年，年，皮埃爾皮埃爾. .居里居里與雅克斯與雅克斯. .居里。石英晶體的壓居里。石英晶體的壓電效應(yīng)。電效應(yīng)。老師李普曼。熱力學(xué)方法。能量守恒和電量守恒。老師李普曼。熱力學(xué)方法。能量守恒和電量守恒。石英在電場(chǎng)下的形變。億分之一到百萬(wàn)分之一厘米。石英在電場(chǎng)下的形變。億分之一到百萬(wàn)分之一厘米。嚴(yán)濟(jì)慈。中國(guó)現(xiàn)代物理學(xué)研究的開創(chuàng)者。單色光干涉法嚴(yán)濟(jì)慈。中國(guó)現(xiàn)代物理學(xué)研究的開創(chuàng)者。單色光干涉法測(cè)量

3、形變。測(cè)量形變。石英在電場(chǎng)下的形變和光學(xué)特性變化的實(shí)驗(yàn)研石英在電場(chǎng)下的形變和光學(xué)特性變化的實(shí)驗(yàn)研究究壓壓 電電 效效 應(yīng)應(yīng)正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)某些晶體或多晶陶瓷，當(dāng)沿著一定方向某些晶體或多晶陶瓷，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ蛊渥冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)對(duì)其施力而使其變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。壓電元件機(jī)械量電量壓電效應(yīng)具有可逆性壓電效應(yīng)具有可逆性逆壓電效應(yīng)逆

4、壓電效應(yīng)反之，對(duì)晶體或多晶陶瓷在電軸方向上反之，對(duì)晶體或多晶陶瓷在電軸方向上施加一定的交變電場(chǎng)，這些晶體或多晶陶瓷也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；施加一定的交變電場(chǎng)，這些晶體或多晶陶瓷也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；外電場(chǎng)撤離，變形也隨著消失。外電場(chǎng)撤離，變形也隨著消失。（電致伸縮效應(yīng)）（電致伸縮效應(yīng)） 具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，壓電材料能夠?qū)嵕哂袎弘娦?yīng)的材料稱為壓電材料，壓電材料能夠?qū)?現(xiàn)現(xiàn)“機(jī)機(jī)電電”能量的相互轉(zhuǎn)換。壓電式傳感器是有源能量的相互轉(zhuǎn)換。壓電式傳感器是有源 的雙向機(jī)電傳感器，的雙向機(jī)電傳感器，一般都是利用正壓電效應(yīng)一般都是利用正壓電效應(yīng)制成的制成的常見的壓電材料可分為三大類：常見的壓電材料可分為三

5、大類：壓電晶體、壓電陶瓷壓電晶體、壓電陶瓷 與高分子壓電材料與高分子壓電材料。在自然界中大多數(shù)晶體都具有壓在自然界中大多數(shù)晶體都具有壓 電效應(yīng)，但壓電效應(yīng)十分微弱。電效應(yīng)，但壓電效應(yīng)十分微弱。石英晶體（石英晶體（SiOSiO2 2）、）、 鈦酸鋇陶瓷（鈦酸鋇陶瓷（BaTiOBaTiO3 3）、鋯鐵酸鉛系壓電陶瓷，即）、鋯鐵酸鉛系壓電陶瓷，即 PZTPZT系壓電陶瓷系壓電陶瓷等是性能優(yōu)良的壓電材料。等是性能優(yōu)良的壓電材料。 壓壓 電電 材材 料料 石英晶體是單晶體結(jié)構(gòu)。天然結(jié)石英晶體是單晶體結(jié)構(gòu)。天然結(jié)構(gòu)的石英晶體是一個(gè)正六面體。石英構(gòu)的石英晶體是一個(gè)正六面體。石英晶體各個(gè)方向的特性是不同的晶體

6、各個(gè)方向的特性是不同的（各向（各向異性）異性）。其中縱向軸。其中縱向軸z z稱為光軸稱為光軸，它是，它是晶體的對(duì)稱軸，光線沿晶體的對(duì)稱軸，光線沿z z軸通過(guò)晶體時(shí)軸通過(guò)晶體時(shí)不產(chǎn)生折射現(xiàn)象，因而以它作為基準(zhǔn)不產(chǎn)生折射現(xiàn)象，因而以它作為基準(zhǔn)軸；經(jīng)過(guò)六面體棱線并垂直于光軸的軸；經(jīng)過(guò)六面體棱線并垂直于光軸的x x稱為電軸稱為電軸，該軸壓電效應(yīng)最顯著；與，該軸壓電效應(yīng)最顯著；與x x和和z z軸同時(shí)垂直的軸軸同時(shí)垂直的軸y y稱為機(jī)械軸（力稱為機(jī)械軸（力軸）軸），在此軸上加力產(chǎn)生的變形最大。，在此軸上加力產(chǎn)生的變形最大。1. 石英晶體石英晶體SiO2的壓電效應(yīng)的壓電效應(yīng)天然石英晶體的結(jié)構(gòu)外形天然石英晶

7、體的結(jié)構(gòu)外形1.石英晶體石英晶體SiO2的壓電效應(yīng)的壓電效應(yīng)(b) 切割方向切割方向(c) 晶片晶片 (a) 結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)外形1.石英晶體石英晶體SiO2的壓電效應(yīng)的壓電效應(yīng)yxP1P2P3(a) (b)(c)xyAFxP1P2P3oFxBxAFyyCBDP1P2P3ooFy不受力時(shí)不受力時(shí)x軸方向受力軸方向受力y軸方向受力軸方向受力石英晶體在石英晶體在Z平面上的投影等效為正六邊形排列。平面上的投影等效為正六邊形排列。(a) 不受力時(shí)不受力時(shí)，si2+ 和和 o2- 分布在正六邊形的頂點(diǎn)上，形成三個(gè)互成分布在正六邊形的頂點(diǎn)上，形成三個(gè)互成1200夾角的電夾角的電偶極矩偶極矩p1、p2、p3，矢

8、量和等于零，晶體表面無(wú)帶電現(xiàn)象，矢量和等于零，晶體表面無(wú)帶電現(xiàn)象(b) X軸或者軸或者Y軸方向受到壓力時(shí)，軸方向受到壓力時(shí)，晶體受壓縮變形，晶體受壓縮變形， p1、p2、p3的矢量和大于的矢量和大于零，在零，在X軸方向的某一表面出現(xiàn)負(fù)電荷，反向表面出現(xiàn)正電荷。軸方向的某一表面出現(xiàn)負(fù)電荷，反向表面出現(xiàn)正電荷。 當(dāng)沿當(dāng)沿X軸方向軸方向或或Y軸方向軸方向受到拉力作用時(shí)受到拉力作用時(shí)，產(chǎn)生電荷的極性正好相反。，產(chǎn)生電荷的極性正好相反。(d) Z(d) Z軸方向受力時(shí)，軸方向受力時(shí)， sisi+ + 和和 o o2-2-沿著沿著Z Z軸平移，因此電偶極矩軸平移，因此電偶極矩p p1 1、p p2 2、p

9、 p3 3矢量和等于零，并矢量和等于零，并無(wú)壓電效應(yīng)。無(wú)壓電效應(yīng)。(e) (e) 在各個(gè)方向作用大小相等的力時(shí)，也在各個(gè)方向作用大小相等的力時(shí)，也無(wú)壓電效應(yīng)。無(wú)壓電效應(yīng)。通常把沿電軸通常把沿電軸x x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電縱向壓電效應(yīng)效應(yīng)”； 而把沿機(jī)械軸而把沿機(jī)械軸y y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)”；而沿光軸；而沿光軸z z方向的力作用時(shí)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。方向的力作用時(shí)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 1.石英晶體石英晶體SiO2的壓電效應(yīng)的壓電效應(yīng)壓電陶瓷是人工制造的多晶鐵電體

10、。壓電陶瓷是人工制造的多晶鐵電體。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的極化的電疇電疇，它有一定的極化方向，從而存在電場(chǎng)。無(wú)外電場(chǎng)作用，它有一定的極化方向，從而存在電場(chǎng)。無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，因時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，因此此原始的壓電陶瓷呈中性，并不具有壓電效應(yīng)原始的壓電陶瓷呈中性，并不具有壓電效應(yīng)。2.壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)極化前極化后極化處理極化處理在在壓電壓電陶瓷上陶瓷上施加強(qiáng)電場(chǎng)施加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于按外電場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于按外電場(chǎng)的

11、方向規(guī)則排列規(guī)則排列，若，若外電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，外電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，所所有電疇極化方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一致，去掉外電場(chǎng)后，電疇有電疇極化方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一致，去掉外電場(chǎng)后，電疇的極化方向基本無(wú)變化，即的極化方向基本無(wú)變化，即剩余極化強(qiáng)度很大剩余極化強(qiáng)度很大，從而呈現(xiàn)出壓電性。，從而呈現(xiàn)出壓電性。當(dāng)極化后的鐵電體當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨之發(fā)生變化，之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正、負(fù)電荷。壓電從而使一定表面分別產(chǎn)生正、負(fù)電荷。壓電陶瓷在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)會(huì)隨時(shí)陶瓷在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)會(huì)

12、隨時(shí)間發(fā)生變化，即間發(fā)生變化，即老化老化，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶或結(jié)晶的聚合物，其壓高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶或結(jié)晶的聚合物，其壓電效應(yīng)比較復(fù)雜。目前應(yīng)用的電效應(yīng)比較復(fù)雜。目前應(yīng)用的聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯，其，其壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)類似鐵電體類似鐵電體：原始材料經(jīng)過(guò)機(jī)械滾壓和拉伸成為薄膜，：原始材料經(jīng)過(guò)機(jī)械滾壓和拉伸成為薄膜，再經(jīng)過(guò)外電場(chǎng)和溫度的聯(lián)合作用之后，晶體內(nèi)部的再經(jīng)過(guò)外電場(chǎng)和溫度的聯(lián)合作用之后，晶體內(nèi)部的偶極偶極矩矩進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)定向，產(chǎn)生了壓電效應(yīng)。進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)定向，產(chǎn)生了壓電效應(yīng)。3.高分子材料的壓電效應(yīng)高分子材料的壓電效應(yīng)壓電

13、轉(zhuǎn)換元件受力變形的幾種基本形式壓電轉(zhuǎn)換元件受力變形的幾種基本形式壓電方程壓電方程Q dF壓電方程壓電方程:壓電元件產(chǎn)生的表面電荷壓電元件產(chǎn)生的表面電荷作用力作用力壓電系數(shù)，通常為一個(gè)矩陣，不壓電系數(shù)，通常為一個(gè)矩陣，不同材料的壓電系數(shù)矩陣不一樣同材料的壓電系數(shù)矩陣不一樣1.相對(duì)于空間一定的幾何切型，只有在某些方向受到作用力時(shí)相對(duì)于空間一定的幾何切型，只有在某些方向受到作用力時(shí) 才能產(chǎn)生壓電效應(yīng)。才能產(chǎn)生壓電效應(yīng)。2.可以將不同方向的機(jī)械力轉(zhuǎn)化為電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)）；也可以將不同方向的機(jī)械力轉(zhuǎn)化為電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)）；也 可以將電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為不同模式的振動(dòng)（逆壓電效應(yīng)）?？梢詫㈦娦?yīng)轉(zhuǎn)化為不同模式

14、的振動(dòng)（逆壓電效應(yīng)）。3.根據(jù)壓電常數(shù)的大小，可以判斷在哪些方向應(yīng)力作用時(shí)，壓根據(jù)壓電常數(shù)的大小，可以判斷在哪些方向應(yīng)力作用時(shí)，壓 電效應(yīng)最顯著。電效應(yīng)最顯著。壓電式傳感器的壓電式傳感器的工作原理：壓電材料的壓電效應(yīng)，工作原理：壓電材料的壓電效應(yīng)，即當(dāng)有即當(dāng)有力作用在壓電材料上時(shí)，傳感器就有電荷（或電壓）輸出。力作用在壓電材料上時(shí)，傳感器就有電荷（或電壓）輸出。因?yàn)橐驗(yàn)閴弘娦?yīng)壓電效應(yīng)的可逆性，所以也稱其為的可逆性，所以也稱其為雙向機(jī)電傳感器雙向機(jī)電傳感器。壓電式傳感器壓電式傳感器由于外力作用而在壓電材料上由于外力作用而在壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的情況下才能保存

15、情況下才能保存，即需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，即需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的，這實(shí)際上是不可能的， 因此壓電式傳感器因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。不能用于靜態(tài)測(cè)量。壓電材料在壓電材料在交變力交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測(cè)的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測(cè)量回路一定的電流，故量回路一定的電流，故適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。 等效電路等效電路壓電式傳感器對(duì)被測(cè)量的變化是通過(guò)其產(chǎn)生的電荷量的大壓電式傳感器對(duì)被測(cè)量的變化是通過(guò)其產(chǎn)生的電荷量的大 小來(lái)反映的，所以壓電式傳感器可以看作一個(gè)小來(lái)反映的，所以壓電式傳感器可以看作一個(gè)電荷發(fā)生器電荷發(fā)生器。電荷

16、等效電路0raSC 同時(shí)，壓電元件也是一個(gè)同時(shí)，壓電元件也是一個(gè)電容器電容器，晶體上聚集正負(fù)電荷的，晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板，壓電材料本身就是極板間的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板，壓電材料本身就是極板間的電介質(zhì)，其電容量為電介質(zhì)，其電容量為 電壓等效電路aaquC壓電傳感器在實(shí)際使用時(shí)總要與測(cè)量?jī)x器或測(cè)量電路相連接，因此壓電傳感器在實(shí)際使用時(shí)總要與測(cè)量?jī)x器或測(cè)量電路相連接，因此還需考慮還需考慮連接電纜的等效電容連接電纜的等效電容Cc，放大器的輸入電阻放大器的輸入電阻Ri , 輸入電容輸入電容Ci以及壓電傳感器的以及壓電傳感器的泄漏電阻泄漏電阻Ra。等效電路（續(xù)）等效電路（續(xù)

17、）UaCaRaCcRiCiqRaCcRiCiCe(a)(b)壓電傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中的實(shí)際等效電路壓電傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中的實(shí)際等效電路 壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗前置放因此它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗前置放大器。其作用為：大器。其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。壓電傳感器的壓電傳感器的輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)，輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)， 因此前置放因

18、此前置放大器也有兩種形式：大器也有兩種形式：電壓放大器電壓放大器和和電荷放大器。電荷放大器。電壓放電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓大器：其輸出電壓與輸入電壓(壓電元件的輸出電壓壓電元件的輸出電壓)成成正比。電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。正比。電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。測(cè)量電路測(cè)量電路 電壓放大器（阻抗變換器，高變低）：電壓放大器（阻抗變換器，高變低）： 輸出電壓輸出電壓uo與壓電元件的電壓與壓電元件的電壓ua成正比。成正比。電壓放大器（阻抗變換器）電路原理及其等效電路圖電壓放大器（阻抗變換器）電路原理及其等效電路圖放大器電路放大器電路等效電路等效電路注意：此類傳感器的靈

19、敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變注意：此類傳感器的靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且更換電纜需要重新標(biāo)定。此類傳感器在實(shí)際使用時(shí)，不能隨意更換化，而且更換電纜需要重新標(biāo)定。此類傳感器在實(shí)際使用時(shí)，不能隨意更換傳感器出廠時(shí)的連接電纜，否則，會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差！傳感器出廠時(shí)的連接電纜，否則，會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差！電壓放大器電壓放大器作用在壓電元件上的力為交變力：作用在壓電元件上的力為交變力： sinmFFt在壓電元件上產(chǎn)生的電荷：在壓電元件上產(chǎn)生的電荷：33qd F壓電式傳感器不能測(cè)量靜態(tài)量壓電式傳感器不能測(cè)量靜態(tài)量!電壓放大器輸出端電壓電壓放大器輸出端電壓ui的幅值

20、的幅值:3321()mimdFRURC若作用力是靜態(tài)力（若作用力是靜態(tài)力（w=0），則），則Uim0電荷放大器：電荷放大器： 輸出電壓輸出電壓uo與壓電元件的電荷與壓電元件的電荷q成正比。成正比。電荷放大器等效電路電荷放大器等效電路 AuoCiqCaCeCrf反饋電容反饋電容Cf具有深度電容負(fù)反饋的具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器高增益運(yùn)算放大器由于運(yùn)算放大器輸入阻由于運(yùn)算放大器輸入阻抗極高，抗極高， 放大器輸入端放大器輸入端幾乎沒(méi)有分流，故可略幾乎沒(méi)有分流，故可略去前端并聯(lián)的電阻。去前端并聯(lián)的電阻。電荷放大器的輸出電壓只與反饋電容有關(guān)，而與電荷放大器的輸出電壓只與反饋電容有關(guān)，而與連接電

21、纜無(wú)關(guān)，更換連接電纜時(shí)不會(huì)影響傳感器連接電纜無(wú)關(guān)，更換連接電纜時(shí)不會(huì)影響傳感器的靈敏度，這是電荷放大器的最大優(yōu)點(diǎn)。的靈敏度，這是電荷放大器的最大優(yōu)點(diǎn)。 ofquC輸出電壓：輸出電壓：應(yīng)用應(yīng)用壓電式測(cè)力傳感器壓電式測(cè)力傳感器壓電元件是典型的壓電元件是典型的力敏感元件力敏感元件?？捎脕?lái)測(cè)量最終能轉(zhuǎn)換為?？捎脕?lái)測(cè)量最終能轉(zhuǎn)換為力的多種物理量。在檢測(cè)技術(shù)中，常用來(lái)測(cè)量力和加速度。力的多種物理量。在檢測(cè)技術(shù)中，常用來(lái)測(cè)量力和加速度。 工作原理：工作原理：整個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。傳感器整體整個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。傳感器整體與被測(cè)試件具有相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊產(chǎn)生正比于加速度的交

22、變與被測(cè)試件具有相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊產(chǎn)生正比于加速度的交變力作用在晶片上。晶片由于壓電效應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的表面電荷。力作用在晶片上。晶片由于壓電效應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的表面電荷。應(yīng)用應(yīng)用壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器由于壓電陶瓷元件的自由于壓電陶瓷元件的自振頻率高，特別適合測(cè)振頻率高，特別適合測(cè)量變化劇烈的載荷。圖量變化劇烈的載荷。圖中壓電傳感器位于車刀中壓電傳感器位于車刀前部的下方，當(dāng)進(jìn)行切前部的下方，當(dāng)進(jìn)行切削加工時(shí)，削加工時(shí)， 切削力通過(guò)切削力通過(guò)刀具傳給壓電傳感器，刀具傳給壓電傳感器，壓電傳感器將切削力轉(zhuǎn)壓電傳感器將切削力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，記錄換為電信號(hào)輸出，記錄下電信號(hào)的變化便可

23、測(cè)下電信號(hào)的變化便可測(cè)得切削力的變化。得切削力的變化。 應(yīng)用應(yīng)用金屬加工切削力測(cè)量金屬加工切削力測(cè)量利用壓電陶瓷傳感器測(cè)量刀具切削力利用壓電陶瓷傳感器測(cè)量刀具切削力壓電傳感器輸出信號(hào)刀具玻璃破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生玻璃破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生10k15k的高頻聲音信號(hào)，該信號(hào)可使壓電的高頻聲音信號(hào)，該信號(hào)可使壓電傳感器的壓電元件產(chǎn)生正向的壓電效應(yīng)。利用壓電元件對(duì)振動(dòng)傳感器的壓電元件產(chǎn)生正向的壓電效應(yīng)。利用壓電元件對(duì)振動(dòng)敏感的特性來(lái)感知玻璃受撞擊和破碎時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。傳感器敏感的特性來(lái)感知玻璃受撞擊和破碎時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，再經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，再經(jīng)放大、濾波、

24、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。供給報(bào)警系統(tǒng)。應(yīng)用應(yīng)用壓電式玻璃破碎報(bào)警器壓電式玻璃破碎報(bào)警器執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較帶通濾波放大傳感器玻璃壓電振動(dòng)傳感器壓電振動(dòng)傳感器 MS118.50 RMB某些晶體當(dāng)沿著一定方向受某些晶體當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后，又會(huì)重新回到力撤掉之后，又會(huì)重新回到不帶電的狀態(tài)不帶電的狀態(tài)只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。 超聲波傳感器超聲波傳感器 SZW-R40-10P1SZW-R40-10P1 10.0010.00元元/ /對(duì)對(duì) RMBRMB超聲波傳感器的原理超聲波傳感器的原理

25、 人能聽到的聲音頻率為：人能聽到的聲音頻率為：20Hz20kHz20Hz20kHz，即為可聽聲波，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即超出此頻率范圍的聲音，即20Hz20Hz以下的聲音稱為低頻聲以下的聲音稱為低頻聲波，波，20kHz20kHz以上的聲音稱為超聲波。超聲波為直線傳播方以上的聲音稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。壓電式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。壓電式超聲波傳感器的探頭常用材料是式超聲波傳感器的探頭常用材料是壓電晶體和壓電陶瓷壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)來(lái)工作的。逆壓電效應(yīng)將來(lái)工作的。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為作為發(fā)射探頭發(fā)射探頭；而利