壓電傳感器詳解演示文稿

壓電傳感器詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)（優(yōu)選）壓電傳感器目前二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)石英晶體的壓電效應(yīng)演示目前三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)壓電效應(yīng)的可逆性逆壓電效應(yīng)電能機(jī)械能正壓電效應(yīng)反之，當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”或“電致伸縮效應(yīng)”。目前四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)石英晶體的壓電效應(yīng)常見的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷。壓電單晶體有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性壓電晶體(包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸錘等)；多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。目前五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)如圖所示為天然石英晶體，其結(jié)構(gòu)形狀為一個六角形晶柱，兩端為一對稱棱錐。在晶體學(xué)中，可以把將其用三根互相垂直的軸表示，其中，縱軸Z稱為光軸，通過六棱線而垂直于光鈾的X鈾稱為電軸，與X-X軸和Z-Z軸垂直的Y-Y軸(垂直于六棱柱體的棱面)稱為機(jī)械軸。目前六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)如果從石英晶體中切下一個平行六面體并使其晶面分別平行于Z-Z、Y-Y、X-X軸線。晶片在正常情況下呈現(xiàn)電性。通常把沿電軸(X軸)方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，把沿機(jī)械軸(Y軸)方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸(Z軸)方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿相對兩棱加力時，則產(chǎn)生切向效應(yīng)。壓電式傳感器主要是利用縱向壓電效應(yīng)。目前七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)極化強(qiáng)度的計(jì)算dmnm—產(chǎn)生電荷的面的軸向n—施加作用力的軸向1）沿x方向施加力Fx，產(chǎn)生厚度變形：極化強(qiáng)度：Px=d11σx=d11Fx/lb=qx/lb則：qx=d11Fx與尺寸無關(guān)。2）沿y方向施加力Fy，產(chǎn)生長度變形：極化強(qiáng)度：Py=d12σy=d12Fy/hb=qy/lb則：qx=d12Fylb/hb=d12Fyl/h與尺寸相關(guān)Sx=lbSy=hb由于：d11=-d12（各向異性）則：qx=-d11Fyl/h3）沿Z軸方向施加力，無變形，無極化。4）無體積變形，無極化。目前八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前九頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前十頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)1.并聯(lián)q’=2qU’=UC’=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容也大，時間常數(shù)大，適用于測量慢變信號，并且適用于以電荷作為輸出量的地方。壓電元件的常有結(jié)構(gòu)形式(a)并聯(lián)++－－－+目前十一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)2.串聯(lián)q’=qU’=2UC’=C/2串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小，適用于以電壓作為輸出信號，并且測量電路輸入阻抗很高的地方。壓電元件的常有結(jié)構(gòu)形式(b)串聯(lián)+－－+目前十二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)(a)并聯(lián)(b)串聯(lián)壓電元件的常有結(jié)構(gòu)形式目前十三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)壓電傳感器既是一個電荷發(fā)生器，又是一個電容器。因此可有兩種等效電路：1.電荷源：內(nèi)部的電荷發(fā)生器對C充電；2.電壓源：產(chǎn)生的電荷形成電壓源，對外供電時需通過對等效電容充放電進(jìn)行。Ua=q/Ca壓電傳感器的等效電路目前十四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前十五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前十六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)一、測量特點(diǎn)：1.對象力及力的派生物理量（壓力、位移、加速度等）。2.靜態(tài)測量壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無泄露的情況下才能長期保存。故它不宜做靜態(tài)測量，只能施加交變力，電荷才能得到不斷的補(bǔ)充，才能供給回路一定的電流，故只宜做靜態(tài)測量。3.高阻前置放大器減少晶片的漏電流以減少測量誤差。測量電路目前十七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)二、前置放大器由于壓電式傳感器的輸出電信號很微弱，通常先把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗交換以后，方可用一般的放大檢波電路再將信號輸入到指示儀表或記錄器中。(其中，測量電路的關(guān)鍵在于高阻抗輸入的前置放大器。）前置放大器的作用：一是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；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(jì)，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。目前十八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前十九頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)應(yīng)用一、正壓電效應(yīng)1、作為則量元件，可測最終能變?yōu)榱Φ奈锢砹咳鐗毫?、加速度、沖擊（汽車的沖擊檢測）、振動等；差動式加速度傳感器

彎曲型壓電加速度計(jì)目前二十頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)

2、作為壓電電源，可作為煤氣爐或汽車的自動點(diǎn)火裝置、多種電壓發(fā)生器、計(jì)算機(jī)鍵盤等；

三向力傳感器YDS-III79B目前二十一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)二、逆壓電效應(yīng)超聲波發(fā)生器、壓電揚(yáng)聲器、壓電諧振器（石英振蕩器）等。三、正、逆壓電效應(yīng)壓電變壓器、壓電陀螺、聲納、壓電聲表面波等四、生物壓電學(xué)生物都具有壓電性，人的各種感覺實(shí)際上都是生物壓電傳感器。正壓電效應(yīng)——治療骨折逆壓電效應(yīng)——對骨頭通電具有矯正畸形等功能目前二十二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)高頻率強(qiáng)振動類型超聲換能器High-frequencyHarclOscillationTransducer

目前二十三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)

由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉（國外最低售價每個單軸陀螺195美元），能承受惡劣環(huán)境，故大量用于航模飛機(jī)（微型遙控直升機(jī)）的增穩(wěn)系統(tǒng)。

壓電陀螺

壓電陀螺在各種遙測和控制系統(tǒng)中有著廣泛的用途。壓電陀螺已成功地用于導(dǎo)彈的目標(biāo)跟蹤平臺、飛機(jī)的增穩(wěn)系統(tǒng)、艦船地雷達(dá)穩(wěn)定伺服系統(tǒng)。目前二十四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)壓電點(diǎn)火栓

PiecoelectricLighter

用途：適用于打火機(jī)、煤氣灶、熱水器、點(diǎn)火槍自動點(diǎn)火。

點(diǎn)火元件要求在承受一定的壓力下能放出較長的火花，并在至少一萬次力的作用下不降低其發(fā)火能力，壓電電荷系數(shù)d33愈大，受力后產(chǎn)生的電壓愈大、電火花也會愈長。

目前二十五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前二十六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前二十七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)目前二十八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)如圖所示為用壓電式加速度傳感器探測橋墩水下部位裂紋的示意圖。通過放電炮的方式使水箱振動(激振器)，橋墩將承受垂直方向的激勵，用壓電式加速度傳感器測量橋墩的響應(yīng)，將信號經(jīng)電荷放大器進(jìn)行放大后送入數(shù)據(jù)記錄儀，再將記錄下的信號輸入頻譜分析設(shè)備，經(jīng)頻譜分析后就可判定橋墩有無缺陷。探測橋墩水下部分裂紋示意圖圖(a)為探測示意圖。沒有缺陷的橋墩為一堅(jiān)固整體，加速度響應(yīng)曲線為單峰，如圖(b)所示。若橋墩有缺陷，其力學(xué)系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，激勵后的加速度響應(yīng)曲線將顯示出雙峰或多峰，如圖(c)所示。

目前二十九頁\總數(shù)三十頁\編于二十點(diǎn)煤氣灶電