壓電式傳感器課件

1、壓電式傳感器 概述 壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是典型的有源傳感器。當(dāng)某些材料受力作用而變形時(shí)，其表面會(huì)有電荷產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器具有體積小，重量輕，工作頻帶寬、靈敏度高、工作可靠、測量范圍廣等特點(diǎn)，因此在各種動(dòng)態(tài)力、 機(jī)械沖擊與振動(dòng)的測量，以及聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航等方面都得到了非常廣泛的應(yīng)用。一、壓電效應(yīng) 正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。 逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）：當(dāng)在電介質(zhì)

2、的極化方向施加電場，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。電能機(jī)械能正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)1.變換原理:壓電效應(yīng) 某些物質(zhì)（如石英晶體）受到外力作用時(shí)，幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 壓電效應(yīng)是皮埃爾居里（Pierre Curie）和他的哥哥雅克斯居（Jacques Curie）在他們的老師李普曼教授的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的 壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷Q與外力F成正比，即 Q=dF 式中，d壓電常數(shù)。 壓電效應(yīng)具有可逆性，即當(dāng)對上述電介質(zhì)施加電場作用時(shí)，同樣會(huì)引

3、起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的相對位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變量與外電場強(qiáng)度成正比。這種現(xiàn)象稱為逆壓電現(xiàn)象或稱電致伸縮。 1、原理5. 常用壓電材料單晶：石英晶體（SiO2），特性穩(wěn)定精度高多晶：壓電陶瓷（PZT）極化處理，性能一般高分子材料：PVF，PVC，PVF2實(shí)際應(yīng)用：天然石英，鈦酸鋇，PZT工藝：晶體、特定方向切片、表面極化、引線 壓電式傳感器的選擇（一）應(yīng)用類型選擇力敏 力-電 微音器，聲吶、氣體點(diǎn)火 器血壓計(jì)熱敏 熱-電 溫度計(jì)光敏 光-電 熱電紅外探測儀聲敏 聲-電 助聽器、振動(dòng)器 聲-壓 聲-光 聲光效應(yīng)器件四、壓電式傳感器的應(yīng)用（一）壓電式加速度傳感器（二）壓電式壓力傳感器（三）壓電式流量計(jì)（四）集成壓電式傳感器（五）壓電式傳感器在自來水管道測漏中的應(yīng)用玻璃破碎報(bào)警裝置有機(jī)壓電材料應(yīng)用玻璃破碎傳感器：將厚約0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成1020mm大小。在它的正反兩面各噴涂透明的二氧化錫導(dǎo)電電極，再用超聲波焊接上兩根柔軟的電極引線。并用保護(hù)膜覆蓋。使用時(shí)，用瞬干膠將其粘貼在玻璃上。 當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬間， 壓電薄膜感受到劇烈振動(dòng)， 表面產(chǎn)生電荷Q，在兩個(gè)