醫(yī)用傳感器壓電式傳感器

1、關(guān)于醫(yī)用傳感器壓電式傳感器第一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月等效電路及測量電路1.2第6章 壓電式傳感器壓電效應(yīng)及材料6.16.26.3壓電傳感器的應(yīng)用第二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 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, 其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象（內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移）, 同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷, 當(dāng)外力去掉后, 其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)， 這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時, 電荷的極性也隨之改變。 這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象, 稱為“正壓電效應(yīng)” 。壓電效應(yīng)第三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電效應(yīng)

2、-定義某些電介質(zhì)（晶體），當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。 第四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電效應(yīng)-分類正壓電效應(yīng)：當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨之 改變，常把這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象 稱正壓電效應(yīng)（或順壓電效應(yīng)）。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)極化方向上施加電場，這些 電介質(zhì)也會在產(chǎn)生幾何變形，當(dāng)外加電場 撤去時，這些變形也隨之消失，這種將電 能轉(zhuǎn)化成機械能的現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)（或 稱電致伸縮效應(yīng)）。 第五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電效應(yīng)具有

3、可逆性，利用這一特性可以實現(xiàn)機械能和電能 的相互轉(zhuǎn)換。 壓電效應(yīng)-特性壓電元件機械能電能逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)第六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電晶體：如石英等；壓電陶瓷：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；新型壓電材料：壓電半導(dǎo)體(如硫化鋅、碲化鎘等) 高分子壓電材料。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 壓電材料-分類分類具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。第十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于202

4、2年6月 石英是單晶體，具有規(guī)則的幾何外形，其形狀為六角形晶柱，兩端呈六棱錐形狀。二、石英晶體第十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Z軸 (光軸），是晶體的對稱軸，用光學(xué)方法確定，作為基準(zhǔn)軸。X軸 (電軸)，經(jīng)過正六棱柱相對的兩個棱線，且垂直于光軸，該軸壓電效應(yīng)最顯著。Y軸 (機械軸)，垂直于兩個相對的表面，在此軸上加力產(chǎn)生的變形最大。第十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月石英晶體壓電效應(yīng)機理石英晶體：SiO2代表硅離子 Si4+“ ”代表硅離子 2O2_“ ”當(dāng)石英晶體沒有受到外力作用時：正負(fù)電荷中心重合晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。第十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于20

5、22年6月1.當(dāng)石英晶體在X軸方向上受到壓力時：結(jié)果：A面上呈現(xiàn)負(fù)電荷B面上呈現(xiàn)正電荷這種沿X軸施加力，而在垂直于X軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，就是“縱向壓電效應(yīng)”。第十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.當(dāng)石英晶體在Y軸方向上受到壓力時： 結(jié)果：A面上呈現(xiàn)正電荷B面上呈現(xiàn)負(fù)電荷這種沿Y軸施加力，而在垂直于X軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，就是“橫向壓電效應(yīng)”。第十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.當(dāng)石英晶體在Z軸方向上受到壓力時： 正負(fù)電荷始終中心重合，所以晶體表面無電荷產(chǎn)生。沿Z軸方向施加外力，石英晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月縱向壓

6、電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)第十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月表面電荷的計算問題有一石英晶體，其長度為5mm，寬度為4mm，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力P=10MPa作用時，求在縱向壓電效應(yīng)的壓縮力作用下產(chǎn)生的電荷量。（d=2.31PC/N）xbzyac第十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月xbzyac當(dāng)沿X軸施加作用力時，晶片產(chǎn)生厚度變形，并在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：x軸方向受力的壓電系數(shù)；第二十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月xbzyac沿y軸施加作用力時，晶片產(chǎn)生長度變形，并在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：y軸方向受

7、力的壓電系數(shù)；晶片厚度第二十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論： 當(dāng)晶片受到x方向的壓力作用時，qx只與作用力Fx 成正比，而與晶片的尺寸無關(guān)； 沿機械軸y方向向晶片施加壓力時，產(chǎn)生的電荷與 幾何尺寸有關(guān)； 石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的； 晶體在哪個方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上 一定存在逆壓電效應(yīng)； 無論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與 電荷之間皆呈線性關(guān)系。第二十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷材料

8、有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）及非鉛系壓電陶瓷（如BaTiO3等）。壓電陶瓷產(chǎn)品壓電陶瓷的壓電效應(yīng)第二十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電陶瓷：屬于鐵電體一類的物質(zhì),是人工制造的多晶體壓 電材料, 具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu) 電疇: 分子自發(fā)形成的區(qū)域,有一定的極化方向,從而存電場 未加電場原始的壓電陶瓷內(nèi)呈中性 不具有壓電性質(zhì)。 在無電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布它們的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。第二十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 壓電陶瓷是人工多晶鐵電體，原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向同性不具有壓電性。在無外電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布

9、，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)。 a)極化前 b)極化 c)極化后第二十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 加電場 施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向外電場方向排列。從而使材料得到極化。外電場愈強，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。 當(dāng)外電場強度大到使材料的極化達(dá)到飽和程度，即極化方向都整齊地與外電場方向一致，當(dāng)外電場去掉后電疇的極化方向基本不變，即剩余極化強度很大。壓電陶瓷極化后 具有壓電特性 未極化時是非壓電體第二十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(a)極化處理前剩余極化強度剩余伸長(c)極

10、化處理后 直流電場E電場作用下的伸長(b)極化處理中第二十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月由于經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷其內(nèi)部極化強度不為0，即在陶瓷的一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束縛電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來自外界的自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號相反而數(shù)量相等。所以整體上表現(xiàn)為電中性。 自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖第二十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月如果在陶瓷片上加一個與極化方向平行的壓力F，如圖，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變，片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離變小，極化強度也變小。因

11、此，原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之 極化方向正壓電效應(yīng)示意圖（實線代表形變前的情況，虛線代表形變后的情況）F 間的距離變大，極化強度也變大，因此電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。 這種由機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是正壓電效應(yīng)。 第二十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 d33 壓電陶瓷的壓電系數(shù) F作用力晶體極化后，沿極化方向（垂直極化平面）作用力時，引起剩余極化強度變化，在極化面上產(chǎn)生電荷，電荷量的大小與外力成正比關(guān)系：d33 d11、d12 壓電陶瓷制作傳感器靈敏度比壓電晶體高第三十張，PPT

12、共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月同樣，若在陶瓷片上加一個與極化方向相同的電場，如圖，由于電場的方向與極化強度的方向相同，所以電場的作用使極化強度增大。這時，陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間距離也增大，就是說，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長形變。同理，如果外加電場的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。 極化方向電場方向 這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)。第三十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月種類：壓電單晶體，如石英等；壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅

13、、碲化鎘等。 對壓電材料特性要求： 轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大壓電常數(shù)。 機械性能。希望它的機械強度高、剛度大，以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動頻率。 電性能。希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布電容的影響并獲得良好的低頻特性。 環(huán)境適應(yīng)性強。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工作溫度范圍。 時間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時間變化。 壓電材料第三十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、等效電路 壓電傳感器在受外力作用時，在兩個電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時它相當(dāng)于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為 式中：0為真空介電常數(shù)；為壓電材料

14、的相對介電常數(shù)；d 為壓電元件的厚度；A 為壓電元件極板面積。 第二節(jié) 等效電路和測量電路第三十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)壓電晶體在外力作用下，其兩個極面上將出現(xiàn)極性相反電量相等的電荷壓電傳感器可以看作電荷發(fā)生器,圖(a)同時,它也是一個電容器, 晶體上聚集正、負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板, 極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì),圖(b) q電極壓電晶體(a) 壓電傳感器的等效原理qCa(b)第三十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)兩極板聚集異性電荷時, 則兩極板呈現(xiàn)一定的電壓, 大小為 q電極壓電晶體(a) 壓電傳感器的等效原理qCa(b) A、d -壓電片的面積、

15、厚度 0(=1/3.6 )、r -真空、壓電材料的相對介電常數(shù)電容量第三十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（a）等效電壓源一個與電容相串聯(lián)的電壓源（b）等效電荷源 Caua（a）電壓源qCa（b）電荷源 一個與電容相并聯(lián)電荷源電壓靈敏度 電荷靈敏度 兩者的關(guān)系第三十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電傳感器的完整等效電路 （a） 電壓源; （b） 電荷源 壓電傳感器與測量儀表聯(lián)接時，還必須考慮電纜電容CC，前置放大器的輸入電阻Ri和輸入電容Ci以及傳感器的絕緣電阻Ra。壓電傳感器完整的等效電路可表示成圖所示。第三十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月只有當(dāng)壓電傳

16、感器內(nèi)部信號電荷無漏損或外接電路負(fù)載RL無窮大時,壓電傳感器受力后產(chǎn)生的電壓或電荷才能長期保存,否則電路將以某時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電對于靜態(tài)、低頻測量極為不利,必然帶來誤差只有外力不斷以較高頻率作用,傳感器的電荷才能得以補充, 壓電晶體不適合于靜態(tài)測量在實際使用時壓電傳感器總要與測量儀器或測量電路 相連接，需考慮壓電傳感器的泄漏電阻、連接電纜的 等效電容、前置放大器的輸入電阻和輸入電容等思考：壓電晶體不適合于靜態(tài)測量？第四十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、測量電路 壓電傳感器要求測量電路的前級輸入端要有足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測量誤差變大。壓電傳感器的前置放大器

17、有兩個用處： 一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出； 二是把傳感器的微弱信號進(jìn)行放大。 傳感器的內(nèi)阻很大, 而輸出信號較小, 一般不能直接取用需要接入高輸入阻抗的前置放大器第四十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)壓電傳感器等效電路可知，傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號有相應(yīng)兩種形式（1）電壓放大器：也稱作阻抗變換器，其輸出電壓 與輸入電壓（傳感器的輸出電壓） 成正比（2）電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比 第四十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（一） 電壓放大器（1）電路原理圖等效電阻等效電容圖6-9 電壓放大器電路原理及其等效電路圖 等效電路放大

18、器電路傳感器的泄漏電阻Re；連接電纜的等效電容Ce；前置放大器的輸入電阻Ri ；輸入電容Ci 電容器上的電壓 ua= q / Ca第四十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月f= Fmsint（Fm為幅值）如果壓電元件沿電軸為正弦作用力變化，產(chǎn)生的電荷與電壓也按正弦變化，即Um= dFm/Ca 壓電元件輸出電壓幅值 d壓電系數(shù)等效電路放大器電路第四十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Ui的幅值Uim為 .等效電路放大器電路（2）放大器輸入端的電壓Ui分析第四十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月輸入電壓和作用力之間相位差為 Ui的幅值Uim為 .當(dāng)作用于壓電元件的力為靜

19、態(tài)力（=0）時， 前置放大器的輸出電壓等于零， 因為電荷會通過放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉， 所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力的測量。 第四十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 由上式可以看出放大器輸入電壓幅度與被測頻率無關(guān)，當(dāng)改變連接傳感器與前置放大器的電纜長度時，Cc將改變，從而引起放大器的輸出電壓也發(fā)生變化。在設(shè)計時，通常把電纜長度定為一常數(shù)，使用時如要改變電纜長度，則必須重新校正電壓靈敏度值。電壓靈敏度理想情況下，傳感器的電阻值Re與前置放大器輸入電阻Ri都為無限大，即 (Ca+Ce+Ci )R1，則輸入電壓幅值Uim ：第四十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月

20、結(jié)論：理想情況下，輸入電壓幅值 （a）當(dāng)/03時，Uim與F的無關(guān)，高頻響應(yīng)特性較好（c）當(dāng)(Ca+Ce+Ci)R1，改變壓電傳感器的引線電纜 長度時，其電纜電容Ce的變化將引起放大器Uim的變 化測量中通常電纜長度需固定(Ce=常數(shù))， 否則將 引入測量誤差（d）電壓靈敏度Ku （b）當(dāng)為靜態(tài)力時(=0)時，前置放大器的輸出電壓=0 所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量第四十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） 電荷放大器為解決電纜分布電容對傳感器靈敏度的影響和低頻響應(yīng)差的缺點，可采用電荷放大器。 電荷放大器具有深度負(fù)反饋的高增益放大器，常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個反饋電容C

21、f和高增益運算放大器A構(gòu)成。由于放大器的開環(huán)增益A足夠大，并且輸入端阻抗很高，放大器輸入端幾乎沒有分流，運算電流僅流入反饋回路Cf 。圖6-10 電荷放大器等效電路f第四十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月輸入到放大器的電荷量為A: 放大器的開環(huán)增益倍數(shù)輸出電壓 放大器輸入電荷而反饋電容Cf上的電荷有 代入第五十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)A1，而(1+A)CfCa+Cc+Ci時，上式簡化為 q：傳感器電荷整理, 得放大器的輸出電壓第五十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(a)當(dāng)A足夠大時，輸出電壓與A無關(guān)，電荷放大器的輸出 電壓uo取決于傳感器產(chǎn)生的電荷量

22、q及反饋電容Cf ，與 電纜電容Cc無關(guān)，改變Cf的大小便可得到所需的電壓 輸出（Cf =100104pF；） (b)傳感器本身的電容Ca和電纜電容Cc將不影響電荷放大器 的輸出，故電纜引線長度變化不會帶來測量誤差輸出電壓uo第五十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月使用電壓放大器時，測量系統(tǒng)對電纜電容的變化很敏感，連接電纜長度的變化明顯影響測量系統(tǒng)的輸出；使用電荷放大器時，電纜長度變化的影響幾乎可忽略不計。但與電壓放大器相比，電荷放大器價格要高很多，電路也較復(fù)雜，調(diào)整起來也較困難。電壓放大器和電荷放大器的主要區(qū)別：第五十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月【例】如圖所示電荷前

23、置放大器電路。已知Ca=100pFRa=，CF=10pF。若考慮引線Cc的影響，當(dāng)A0104時要求輸出信號衰減小于1。求：使用90pF/m的電纜其最大允許長度為多少?第五十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 在實際應(yīng)用中，由于單片的輸出電荷很小，因此，組成壓電式傳感器的晶片不止一片，常常將兩片或兩片以上的晶片粘結(jié)在一起。粘結(jié)的方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。（三） 壓電傳感器的級聯(lián)方式第五十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月并聯(lián)方法兩片壓電晶片的負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)的電極上，傳感器的電容量大、輸出電荷量大、時間常數(shù)也大，故這種傳感器適用于測量緩變信號及電荷量輸

24、出信號。(a)并聯(lián)+第五十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月串聯(lián)方法正電荷集中于上極板，負(fù)電荷集中于下極板，傳感器本身的電容量小、響應(yīng)快、輸出電壓大，故這種傳感器適用于測量以電壓作輸出的信號和頻率較高的信號。 (b)串聯(lián)+第五十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月并聯(lián)連接串聯(lián)連接（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：第五十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 壓電式傳感器可用于力、壓力、速度、加速度、振動等許多非電量的測量，可做成力傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等等。 一、壓電式測力傳感器 壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器。目前，測力傳感器已組成各種錘頭型測力

25、錘，可測量動態(tài)力、準(zhǔn)靜態(tài)力和沖擊力等。壓電式力傳感器外形圖第三節(jié) 壓電傳感器的應(yīng)用第五十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月壓電式力傳感器結(jié)構(gòu) 傳感器上蓋為傳力元件，它的外緣壁厚為0.10.5mm，外力作用使它產(chǎn)生彈性變形，將力傳遞到石英晶片上。利用其縱向壓電效應(yīng)，通過d11實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換。第六十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 通過彈性膜、盒等，把壓力收集，轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態(tài)特性及其穩(wěn)定性，通常多采用石英晶體作壓電元件。引線殼體基座壓電晶片受壓膜片導(dǎo)電片p第六十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu) 當(dāng)加速度傳感器和被測物一

26、起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力F的作用，產(chǎn)生電荷。 q=d11F=d11ma 第六十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例1：在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力第六十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例2： 壓電式血壓傳感器例3：指套式電子血壓計第六十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 測量時將心音傳感器底座用橡皮膏與人體體表粘結(jié)，傳感器感受與人體體表相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電晶體上，壓電晶體便產(chǎn)生電荷。 心音是一種生物機械振動現(xiàn)象，加速度型心音傳感器是將一個質(zhì)量塊以一定

27、的預(yù)應(yīng)力安裝在雙壓電晶體上，壓電晶體和導(dǎo)線都用導(dǎo)電膠粘結(jié)在底座上。 例4：加速度型心音傳感器第六十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例5：微重力壓電晶體生物傳感器 石英晶體的諧振頻率極大地依賴于晶體以及涂層的組合質(zhì)量。石英傳感器，其表面吸附的被分析物質(zhì)而引起的諧振頻率變化關(guān)系為： 利用這一原理可對溶液中許多化合物，通過電極上的電解沉淀進(jìn)行測量，例如監(jiān)測微生物的生長率，該方法當(dāng)濃度在范圍內(nèi)，有很好的線性。第六十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例6：超聲診斷儀探頭 如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收的聲頻信號即為超聲波，這樣的換能器稱為壓電超聲換能器。第六十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)動凸輪開關(guān)1，利用凸輪凸出部分推動沖擊塊3，并壓縮沖擊塊后的彈簧2。當(dāng)凸輪凸出部分脫離沖擊塊后。由于彈簧彈力作用，沖擊塊給陶瓷壓電元件4一個沖擊力，便在壓電元 件兩端產(chǎn)生高壓， 并從中間電極5輸 出高壓，產(chǎn)生電火 花點燃?xì)怏w。 壓電陶瓷點火器第六十八張，PP