機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)（第3版）課件：壓電式傳感器

壓電式傳感器一、變換原理--壓電效應(yīng)二、壓電效應(yīng)某些物質(zhì)(如石英)，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。?壓電傳感器：一種有源傳感器，亦即發(fā)電型傳感器。它利用某些材料的壓電效應(yīng)，這些材料在受到外力作用時(shí)，在材料的表面會(huì)產(chǎn)生電荷。三、壓電機(jī)理石英晶體為SiO2單晶體正六面體結(jié)構(gòu)。呈現(xiàn)各向異性(3個(gè)晶軸)：?光軸(縱向軸)Z

：沿Z軸方向加力，無(wú)壓電效應(yīng)。?電軸X：沿X軸方向施力，與X垂直的平面上壓電效應(yīng)最顯著

(縱向壓電效應(yīng))?機(jī)械軸Y：沿Y軸(切割方向)加力,在Y方向無(wú)壓電效應(yīng)(只產(chǎn)

生形變),在垂直于X的平面上產(chǎn)生壓電效應(yīng)(橫向壓電效應(yīng))壓電陶瓷?多晶體壓電材料，壓電系數(shù)高，靈敏度較石英材料高，但工作溫度低，溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英。?新型壓電陶瓷材料：研究發(fā)現(xiàn)：動(dòng)物的骨、腱、牙齒、皮膚、肌肉、血管、韌帶、毛發(fā)等，都程度不同地存在壓電效應(yīng)。長(zhǎng)期停留在太空處于失重狀態(tài)下的宇航員，骨骼會(huì)受到一定程度的損害,受損傷最嚴(yán)重的是足跟骨。有的宇航員返回地面3個(gè)月后，足跟骨都未能恢復(fù)正常。這是由于宇航員在太空中長(zhǎng)期失重的條件下，骨頭所受的壓力減少，使刺激骨頭生長(zhǎng)的壓電效應(yīng)減弱了。壓電效應(yīng)控制骨骼生長(zhǎng)6月29日，航天員：景海鵬、劉旺、劉洋出艙后敬禮致意。四、測(cè)量電路壓電傳感器內(nèi)阻較高，輸出電信號(hào)很微弱，應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過(guò)阻抗變換(將高輸出阻抗變換為低輸出阻抗)后，方可輸

入到后續(xù)顯示儀表中。?逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用：?壓電致動(dòng)器：施加一高頻交變電壓，可將壓電體作

成一振動(dòng)源，利用這一原理可制造高頻振動(dòng)臺(tái)、超

聲波發(fā)生器、揚(yáng)聲器、高頻開(kāi)關(guān)等。?精密微位移裝置

：用于制成錄像帶頭定位器、點(diǎn)陣

式打印機(jī)頭、繼電器、電風(fēng)扇等。在交變電場(chǎng)作用下，壓電材料會(huì)發(fā)生幾何尺寸(體積)的改變(伸縮)。五、逆壓電效應(yīng)(電致伸縮效應(yīng))慣性式加速度傳感器的工作

頻段是在ω/ωn=0~1之間的平

坦段；在該平坦段內(nèi)，振動(dòng)位移xo正比于被測(cè)加速度。壓電加速度傳感器。壓電晶片受到動(dòng)壓力p=kx0

(x0

－質(zhì)量m的振動(dòng)位移)，由壓電效應(yīng)在晶片極面上產(chǎn)生電荷。慣性式傳感器(a

)線位移式(b)旋轉(zhuǎn)式六、壓電傳感器的應(yīng)用壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器車(chē)床中用于動(dòng)態(tài)切削力的測(cè)量壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器在體育動(dòng)態(tài)測(cè)