生物醫(yī)學(xué)傳感壓電式

（優(yōu)選）生物醫(yī)學(xué)傳感壓電式目前一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點上次課內(nèi)容回顧自感式傳感器差動變壓器式傳感器電渦流式傳感器目前二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點

§7-1壓電式傳感器

工作原理---壓電效應(yīng)壓電材料(石英、壓電陶瓷）特性等效電路及測量電路壓電傳感器的應(yīng)用目前三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點一、壓電效應(yīng)目前四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點重要特性（雙向有源器件）何為壓電式傳感器?目前六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點二、壓電材料：具有壓電效應(yīng)的材料目前七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點納米發(fā)電機目前八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜

目前九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點⑴石英晶體的壓電效應(yīng)天然形成的石英晶體外形目前十一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點石英晶體三個晶軸光軸：z

電軸：x

機械軸：y目前十二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點石英晶體的產(chǎn)生壓電效應(yīng)的物理過程：目前十三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點Y+++---X(a)FX=0P1P2P3

作用力與產(chǎn)生電荷之間的關(guān)系：FXXY++++－－－－FX(b)FX<0+++---P1P2P3(P1+P2+P3)X>0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0目前十四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點（P1+P2+P3）X<0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0(c)FX>0Y+++--X-+++－－－FXFXP2P3P1+－目前十五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前十六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點石英晶體切片石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝目前十七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前十八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點（2）壓電陶瓷的壓電效應(yīng)目前十九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前二十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前二十一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前二十二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點三、壓電方程或目前二十三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前二十四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點F1XY++++－－－－F1F1<0+++---P1P2P31、縱向效應(yīng)傳感器2、橫向效應(yīng)傳感器

目前二十五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點四、等效電路與測量電路＋＋＋＋――――Q電極壓電晶體(a)QCa(b)其電容量為：當(dāng)兩極板聚集異性電荷時，則兩極板呈現(xiàn)一定的電壓，其大小為：理想等效電路：目前二十六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點QCtUaUa＝Q/CaQ＝UaCaCa（a）電壓等效電路（b）電荷等效電路目前二十七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點電荷型電壓型

壓電傳感器實際的等效電路Ca傳感器的固有電容Ci前置放大器輸入電容Cc

連線電容Ra傳感器的漏電阻Ri前置放大器輸入電阻目前二十八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點【例1】一只x切型的石英晶體壓電元件，其d11=2.31×10-12C/N，相對介電常數(shù)εr=4.5，橫截面積A=5cm2，厚度h=0.5cm。求：(1)縱向受Fx=9.8N的壓力作用時壓電片兩電極間輸出電壓值為多大？(2)若此元件與高輸入阻抗運放連接時連接電纜的電容為Cc=4pF，該壓電元件的輸出電壓值為多大？目前二十九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點前置放大器也有兩種形式：

電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比；電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。測量電路

壓電式傳感器的前置放大器有兩個作用：1.把傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出；2.放大傳感器輸出的弱信號目前三十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點

1、電壓放大器

壓電元件所受作用力

傳感器電壓靈敏度Ku：傳感器的輸入電壓：目前三十一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點電荷放大器是一個具有深度負(fù)反饋的高增益放大器。

2、電荷放大器在放大器開環(huán)增益A足夠大時：靈敏度與電纜電容無關(guān)目前三十二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點五、壓電傳感器的應(yīng)用1、壓電式加速度傳感器目前三十三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點2、

壓電式壓力傳感器目前三十四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點流量顯示1789輸出信號換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電式流量計3、

壓電式流量計目前三十五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點4、

壓電式傳感器的其他應(yīng)用目前三十六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前三十七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前三十八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點火信號、電點火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體目前三十九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點壓電式血壓傳感器指套式電子血壓計生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用:另外，醫(yī)用超聲儀器：超聲治療機、超聲多普勒血流記、超聲手術(shù)刀、超聲顯微鏡等等心內(nèi)導(dǎo)管壓電微音器目前四十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點作業(yè)：超聲多普勒血流記目前四十一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點§7-2聲表面波傳感器一、聲表面波的基本原理二、SAW傳感器的工作原理三、SAW傳感器的主要應(yīng)用4/29/202342目前四十二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點一、聲表面波的基本原理1.聲表面波簡介目前四十三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點瑞利波示意圖

瑞利波質(zhì)點運動隨深度的變化

瑞利波（Rayleigh波）

目前四十四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點勒夫波（Lovewaves）

目前四十五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點2.聲表面波的發(fā)展歷史目前四十六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點3.聲表面波的技術(shù)特點4、聲表面波器件可以十分方便地產(chǎn)生高頻信號；1、具有較低的傳播速度，由于聲表面波的傳播速度僅為電磁波的1/10-5，在其傳播路徑上容易取樣和進(jìn)行處理；2、低成本，利用半導(dǎo)體工藝的光刻技術(shù)（平面工藝）；3、高強度，易于設(shè)計；目前四十七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前四十八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前四十九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點SAW器件的工作原理：通過對在壓電基片上傳播的聲信號進(jìn)行各種處理，并利用聲電換能器的特性來完成的。二、SAW傳感器的基本原理目前五十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點1、SAW叉指換能器的工作原理（a）單指叉指換能器，（b）雙電極叉指換能器。

目前五十一頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點IDTs的參數(shù)：（1）叉指對數(shù)N；（2）孔徑W(指條長度）；（3）指條寬度a；（4）指條間隔寬度b；（5）叉指的周期M。

均勻叉指換能器的指條寬度等于指條間隔寬度，即a=b=M/4目前五十二頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點壓電基片內(nèi)出現(xiàn)的電場分布

目前五十三頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點基片上電極制作流程示意圖。（a）基片前處理；（b）鍍金屬膜；（c）-（d）在金屬層上光刻；（e）金屬層腐蝕；（f）除膠。2、SAW叉指換能器的制備目前五十四頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點目前五十五頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點3、SAW傳感器的基本原理SAW傳感器特性SAW傳感器優(yōu)勢目前五十六頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點三、SAW傳感器的主要應(yīng)用溫度傳感器壓力傳感器濕度傳感器陀螺儀（角速率）氣體(化學(xué))傳感器液體(生物)傳感器壓力檢測溫度檢測電子標(biāo)簽識別物理傳感器無線傳感器化學(xué)、生物傳感器目前五十七頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點1、SAW溫度傳感器目前五十八頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點2、SAW壓力傳感器應(yīng)用：在某些心臟肺部驅(qū)動以及一些生物技術(shù)、工藝流程中得到較好的應(yīng)用。目前五十九頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點4、SAW氣體傳感器現(xiàn)有氣體傳感技術(shù)：目前六十頁\總數(shù)六十六頁\編于二十點結(jié)合敏感膜材料的SAW氣體檢測的基本原理：