電工學壓電式

電工學壓電式第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日壓電元件：在壓電材料的兩個表面加上導電的極板構(gòu)成。F+q=dFd:壓電系數(shù)

縱向壓電效應(yīng)：X方向施力，X方向電荷，產(chǎn)生電荷多少與晶體尺寸無關(guān)。橫向壓電效應(yīng)：Y方向施力，X方向電荷，產(chǎn)生電荷多少與晶體尺寸有關(guān)。

第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日二、壓電材料（自學）

壓電晶體；壓電陶瓷；高分子壓電材料

某些物質(zhì)置于電場中，在電場的作用下產(chǎn)生機械變形，當外電場去掉之后，變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電壓效應(yīng)，也叫作電致伸縮。

2、逆壓電效應(yīng)

第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日壓電材料是絕緣電阻很高的材料，因此可把壓電元件看成一個電容器：在壓電元件的兩個電極上積聚了正負電荷，壓電元件又相當于一個電荷發(fā)生器：6.壓電式傳感器

6.2測量電路

一、等效電路

第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日qCiaRiRaCaCaqCL⑴電荷等效電路：電荷源與一個電容并聯(lián)等效電路實際電路Ca：傳感器等效電容；Ra：泄露電阻Ri：放大器的輸入電阻；Ci：放大器的輸入電容；CL：連接電纜電容6.壓電式傳感器

第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日⑵電壓等效電路：電壓源與一個電容串聯(lián)+-+-CaCiRiRaCaCL等效電路實際電路6.壓電式傳感器

第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日6.壓電式傳感器

6.2測量電路

壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。

第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日前置放大器的作用有兩點;其二是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出;其二是放大傳感器輸出的微弱電信號。前置放大器電路有兩種形式:一種是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比;另一種是用帶電容板反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。由于電荷放大器電路的電纜長度變化的影響不大，幾乎可以忽略不計，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。6.2測量電路

6.壓電式傳感器

第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日1.電壓放大器

（又叫阻抗變換器，將高阻抗輸出轉(zhuǎn)為低阻抗輸出）

UOCa+-CaCiRiRaCL

AUOCa

A等效為+-UaRaCL電壓放大器電路

第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日2、電荷放大器

電荷放大器實質(zhì)是一個深度負反饋、高增益的運算放大器，在上圖中，略去了電荷放大器的輸入電阻和傳感器的泄露電阻（但兩個電阻必須足夠大）。-A：放大器的開環(huán)增益，負號表示輸入輸出反相；

RF、CF：反饋電阻與反饋電容。

第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日放大器輸入電壓：

放大器輸出電壓：

如果

可忽略傳感器等效電容、連接電纜電容和放大器的輸入電容的影響，即：

從輸出端折合到輸入端

這是電荷放大器的一大優(yōu)點，也是為什么常使用電荷放大器的原因。

第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日

并聯(lián):電容增大（時間常數(shù)也增大），電荷靈敏度增大，適用于緩慢變化的信號并以電荷作為輸出的場合。串聯(lián):電壓增大，電壓靈敏度提高，電容減?。〞r間常數(shù)也減少），適用于高頻信號并以電壓作為輸出的場合。6.3壓電傳感器的應(yīng)用

6壓電式傳感器第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日6壓電式傳感器6.3壓電傳感器的應(yīng)用

振動測試測量的參數(shù)：振動位移、振動速度和振動加速度，可通過積分、微分相互轉(zhuǎn)換。測振傳感器：又稱拾振器。相對式振動傳感器：使用不方便，一般不使用。一、壓電式測力傳感器二、壓電式加速度傳感器與機械振動的測量絕對對式振動傳感器：質(zhì)量塊+彈簧+阻尼；裝在被測物體上

第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日6壓電式傳感器6.3壓電傳感器的應(yīng)用

（2）壓電式加速度傳感器測量范圍：固有頻率一般40—64kHz，可測頻率范圍小于1/5—1/10的固有頻率附加質(zhì)量的影響：加速度降低，固有頻率降低。（1）位移傳感器電阻式、電感式、電容式和霍爾元件等傳感器均可作為位移傳感器只有當質(zhì)量m較大，彈簧剛度較小，振動頻率足夠高時，質(zhì)量塊來不及跟隨振動體一起振動，質(zhì)量塊相對基座的位移才近似等于振動體的振幅。第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日產(chǎn)品壓力變送器

加速度計力傳感器6壓電式傳感器第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日案例：飛機模態(tài)分析6.壓電式傳感器

第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日（3）壓電式超聲波傳感器超聲波傳感器：壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的一個應(yīng)用：壓電材料（發(fā)射探頭）壓電材料（接收探頭）高頻交變電壓信號超聲波傳送交變電壓信號高頻超聲波的波長短，不易產(chǎn)生繞射，碰到雜質(zhì)或分界面就會有明顯的反射，方向性好，能定向傳播，在液體和固體中衰減小，有很強的穿透能力。超聲波傳感器的應(yīng)用：無損、非接觸檢測

第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日①超聲波探傷（參見教材P92，圖6-16）高頻信號發(fā)生器（產(chǎn)生高頻正弦信號）工件發(fā)射探頭接收探頭放大器顯示第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日高頻信號發(fā)生器（產(chǎn)生高頻正弦信號）發(fā)射探頭接收探頭放大A/D計算機加了凝乳酶的牛乳恒溫水箱②牛乳凝固點的探測固態(tài)液態(tài)固液共存電壓（V）時間（min）0