2.2.1 壓電式傳感器測量力(壓電效應(yīng))_第1頁
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文檔簡介

●項(xiàng)目——力的測量●任務(wù)——大氣壓力檢測大氣壓力檢測?任務(wù)導(dǎo)入

大氣壓力如何檢測??壓電式傳感器大氣壓力檢測●壓電式傳感器:一種典型的自發(fā)電式傳感器,它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??梢詼y量最終能變換為力的各種非電物理量,例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等,但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量?!駜?yōu)點(diǎn):體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高大氣壓力檢測?壓電效應(yīng)●正壓電效應(yīng):某些晶體,在一定方向受到外力作用時(shí),內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象,相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號相反的電荷;當(dāng)外力作用除去時(shí),又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)?!衲鎵弘娦?yīng):在壓電材料的兩個(gè)電極面上,如果加以交流電壓,那么壓電片能產(chǎn)生機(jī)械振動,即壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象,壓電材料的這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”,也叫做“電致伸縮效應(yīng)”。

利用壓電效應(yīng)的可逆性,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)——電能量的相互轉(zhuǎn)換大氣壓力檢測?壓電效應(yīng)●力的方向改變時(shí),電荷的符號也隨之改變,外力去掉后,電荷消失。大氣壓力檢測?石英晶體的壓電效應(yīng)

(b)切割方向(a)晶體外形

(c)晶片●x軸:電軸,它通過六面體相對的兩個(gè)棱線并垂直于光軸?!駓軸:機(jī)械軸,它垂直于兩個(gè)相對的晶柱棱面?!駔軸:光軸,它與晶體的縱軸線方向一致。大氣壓力檢測?石英晶體的壓電效應(yīng)——石英晶體的縱、橫向壓電效應(yīng)●當(dāng)沿著X軸對壓電晶片施加力時(shí),將在垂直于X軸的表面上產(chǎn)生電荷,這種現(xiàn)象稱為縱向壓電效應(yīng)?!裱刂鴜軸施加力的作用時(shí),電荷仍出現(xiàn)在與X軸垂直的表面上,這稱之為橫向壓電效應(yīng)。●當(dāng)沿著Z軸方向受力時(shí)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。大氣壓力檢測?石英晶體的壓電效應(yīng)——石英晶體的縱、橫向壓電效應(yīng)●當(dāng)沿電軸方向加作用力Fx時(shí),則在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷●當(dāng)沿機(jī)械軸方向加作用力Fy時(shí),則仍在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷

壓電系數(shù)(C/N)√產(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比,與晶片尺寸有關(guān)?!坍a(chǎn)生的電荷與作用力的大小成正比,與晶片尺寸無關(guān)。大氣壓力檢測?石英晶體的壓電效應(yīng)——壓電晶片產(chǎn)生電荷的極性與受力●若沿晶片的x軸施加壓力Fx,則在加壓的兩表面上分別出現(xiàn)正負(fù)電荷。●若沿晶片的y軸施加壓力Fy時(shí),則在加壓的表面上不出現(xiàn)電荷,電荷仍出現(xiàn)在垂直x軸的表面上,只是電荷的極性相反?!袢魧、y軸方向施加的壓力改為拉力,則產(chǎn)生電荷的位置不變,只是電荷的極性相反?!?/p>

壓電陶瓷:人工制造的具有電疇結(jié)構(gòu)的多晶壓電材料。電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域,它有一定的極化方向。大氣壓力檢測?壓電陶瓷的壓電效應(yīng)不具有壓電效應(yīng)有了壓電特性原始的壓電陶瓷外加直流電場極化電場去除后,電疇方向基本不變,留下了很強(qiáng)的剩余極化。極化過的壓電陶瓷受力后產(chǎn)生電荷?!?/p>

極化處理:在一定溫度下對壓電陶瓷施加強(qiáng)電場(如20~30kv/cm直流電場)。大氣壓力檢測?壓電陶瓷的極化處理外力作用極化處理的壓電陶瓷外加直流電場●

原因:陶瓷內(nèi)部的電疇的極化方向在外電場作用下都趨向于電場的方向,這個(gè)方向就是壓電陶瓷的極化方向。壓電效應(yīng)(a)未極化

(b)電極化壓電式傳感器測量電路1、把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗;2、放大傳感器輸出的微弱信號。前置放大器作用前置放大器形式1、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

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