56124自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)賴電子課件第5章壓電式傳感器

第一節(jié)壓電式傳感器的工作原理第二節(jié)壓電材料及壓電元件的結(jié)構(gòu)第三節(jié)壓電傳感器的測(cè)量電路第四節(jié)壓電傳感器的應(yīng)用第五章壓電式傳感器

壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。它可以測(cè)量最終能變換為力的各種物理量，例如力、壓力、加速度等。近年來壓電測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速，使壓電式傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。本章教學(xué)要求壓電式傳感器的工作原理壓電材料及壓電元件的結(jié)構(gòu)壓電式傳感器的測(cè)量電路壓電式傳感器的應(yīng)用第一節(jié)壓電式傳感器的工作原理石英晶體坐標(biāo)軸電軸光軸機(jī)械軸一、壓電效應(yīng)外力作用內(nèi)部極化壓電效應(yīng)晶體表面產(chǎn)生電荷縱向壓電效應(yīng)沿著X軸對(duì)晶片施加力時(shí)在垂直于X軸表面產(chǎn)生電荷垂直于X軸平面上的電荷

壓電系數(shù)沿X方向施加的力橫向壓電效應(yīng)沿著Y軸對(duì)晶片施加力時(shí)在垂直于Ｘ軸表面產(chǎn)生電荷垂直X軸電荷

壓電系數(shù)沿Y方向力兩者關(guān)系晶片受力方向與電荷極性的關(guān)系沿X軸方向壓力拉力沿Y軸方向壓力拉力關(guān)于壓電效應(yīng)的解釋：硅離子氧離子石英晶體在X-Y平面離子分布X方向受力Y方向受力Z方向受力將不產(chǎn)生壓電效應(yīng)！壓電陶瓷：多晶鐵電體，是具有電疇結(jié)構(gòu)的壓電材料。正常狀態(tài)下對(duì)外不呈現(xiàn)電荷。在一定溫度下，對(duì)壓電陶瓷加強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行極化處理，內(nèi)部電疇的排列被人為地規(guī)則化，當(dāng)強(qiáng)電場(chǎng)撤消后，壓電陶瓷就具有了壓電特性。

多晶鐵電體在強(qiáng)電場(chǎng)中極化電疇排列規(guī)則化三、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)Z受壓Y受壓極化面面積受力面面積沿著極化方向施加力時(shí)在垂直Z軸表面產(chǎn)生電荷沿著Y軸方向施加力時(shí)也在垂直Z軸表面產(chǎn)生電荷石英晶體：目前廣泛應(yīng)用人造石英晶體。水溶性壓電晶體：具有較高的壓電靈敏度和介電常數(shù)，但易于受潮，機(jī)械強(qiáng)度也較低。鈮酸鋰晶體：具有良好的壓電性能和時(shí)間穩(wěn)定性，在耐高溫傳感器上有廣泛的前途。壓電陶瓷：應(yīng)用最普遍的壓電材料，具有燒制方便、耐濕、耐高溫、易于成形等特點(diǎn)。壓電半導(dǎo)體：既具有半導(dǎo)體特性又同時(shí)具有壓電性能，集轉(zhuǎn)換元件和電子線路為一體的新型傳感器。高分子壓電材料：高分子聚合物薄膜經(jīng)延展拉伸和電場(chǎng)極化后，具有一定的壓電性能，這類薄膜稱為高分子壓電薄膜。第二節(jié)壓電材料及壓電元件的結(jié)構(gòu)一、壓電材料并聯(lián)并聯(lián)接法串聯(lián)接法二、壓電元件的常用結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)產(chǎn)品與應(yīng)用：積層壓電執(zhí)行器利用壓電縱向效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為位移變化和力等機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換陶瓷元件。相比傳統(tǒng)壓電執(zhí)行器可以在小型、低電壓下產(chǎn)生較大的變位和力。

第三節(jié)壓電式傳感器的測(cè)量電路一、壓電式傳感器的等效電路電荷源電壓源連接測(cè)量?jī)x表時(shí)的等效電路傳感器電容電纜電容輸入電阻輸入電容電壓源二、壓電式傳感器的測(cè)量電路電壓放大器測(cè)量電路等效電路傳感器受力為壓電元件電壓為輸出電壓為電荷放大器等效電路輸入到放大器的電荷量為放大器輸出電壓為放大器靈敏度為底座插座蓋板晶片絕緣套第四節(jié)壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力傳感器晶片膜片引線殼體絕緣子預(yù)壓圓筒殼體絕緣體引線電極壓電堆片膜片彈簧壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器實(shí)物照片(MYD-5612)基座壓電片質(zhì)量塊m壓簧殼體壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器是由內(nèi)置壓電式加速度敏感元件及放大、濾波等主要電路組成，它可測(cè)量從0.3Hz到最高8kHz

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