《傳感器原理及應(yīng)用》課件-第6章

第6章壓電式傳感器6.1工作原理

6.2壓電材料

6.3等效電路與信號調(diào)理電路

6.4壓電式傳感器的應(yīng)用

6.5聲表面波(SAW)傳感器

思考題與習(xí)題

6.1工作原理

壓電式傳感器的工作原理基于某些物質(zhì)具有的壓電效應(yīng)，壓電效應(yīng)是可逆的，因此壓電傳感器是典型的“雙向傳感器”。

6.1.1壓電效應(yīng)

1.石英晶體的壓電效應(yīng)

石英晶體是單晶體，理想幾何形狀為正六面體晶柱，如圖6.1(a)所示。在晶體學(xué)中可用三條互相垂直的晶軸表示，其中縱軸z稱為光軸，經(jīng)過正六面體棱線且垂直于光軸的x軸稱為電軸，垂直于正六面體棱面且與x軸和z軸同時垂直的y軸稱為機(jī)械軸，如圖6.1(b)所示。圖6.1石英晶體在晶體上沿y軸線切下一片平行六面體稱為壓電晶體切片，如圖6.1(c)所示。若壓電晶片受到x軸方向的壓力Fx作用時，晶片的厚度方向?qū)a(chǎn)生變形，并發(fā)生極化現(xiàn)象。在彈性范圍內(nèi)，垂直x軸平面產(chǎn)生的電荷Q與作用力Fx成正比，而與晶片尺寸無關(guān)，即

Q=d11Fx

(6.1)

式中：d11——縱向壓電常數(shù)。若壓電晶片受到y(tǒng)軸方向的壓力Fy作用時，仍在垂直x軸平面產(chǎn)生電荷，但電荷的極性與Fx作用時相反，大小與晶片尺寸有關(guān)，即

式中：l、δ——壓電晶片的長度和厚度；

d12=－d11——橫向壓電常數(shù)。(6.2)石英晶體的化學(xué)分子式為SiO2，每一個晶格單元中有三個硅離子和六個氧離子，硅離子和氧離子交替排列，在垂直z軸平面上的投影為正六邊形，如圖6.2(a)所示，圖中“”代表硅離子，“－”代表氧離子。圖6.2石英晶體的壓電效應(yīng)

2.壓電陶瓷的壓電效應(yīng)

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，在未進(jìn)行極化處理時，不具有壓電效應(yīng)。經(jīng)過極化處理后，其壓電效應(yīng)非常明顯，具有很高的壓電常數(shù)，為石英晶體的幾百倍。

壓電陶瓷具有與鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)類似的電疇結(jié)構(gòu)，如圖6.3所示。圖6.3鈦酸鋇(BaTiO3)的壓電效應(yīng)6.1.2壓電常數(shù)

單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電荷密度稱為壓電常數(shù)。壓電材料施加應(yīng)力時，在相應(yīng)的表面上產(chǎn)生電荷，其電荷密度與施加的應(yīng)力成正比，即

q=dijσ (6.3)

式中：q——電荷密度，即單位面積的電荷；

σ——應(yīng)力，即單位面積的作用力；

dij——壓電常數(shù)。

壓電常數(shù)dij有兩個下標(biāo)，下標(biāo)i=1,2,3表示在垂直x、y、z軸平面上產(chǎn)生電荷。下標(biāo)j=1,2,3,4,5,6，其中j=1,2,3表示沿x、y、z軸方向承受正應(yīng)力，j=4,5,6表示在垂直x、y、z軸平面承受剪切應(yīng)力，壓電材料坐標(biāo)系如圖6.4所示。圖6.4壓電材料坐標(biāo)系壓電材料在受力狀態(tài)下產(chǎn)生的電荷密度由下列方程組表示

式中：qx、qy、qz——在垂直x、y、z軸平面上產(chǎn)生的電荷密度；

σx、σy、σz——沿x、y、z軸方向承受的正應(yīng)力；

τx、τy、τz——垂直x、y、z軸平面承受的剪切應(yīng)力。(6.4)壓電常數(shù)用矩陣表示為

對于石英晶體，壓電常數(shù)矩陣為(6.5)(6.6)式(6.6)中矩陣的第三行和第三列元素全部為零，說明石英晶體沿z軸方向施加作用力時，不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)；壓電常數(shù)d11、d12表示沿x軸和y軸方向施加正應(yīng)力時，都將在垂直x軸的平面上產(chǎn)生電荷；壓電常數(shù)d14、d25、d26表示沿垂直x、y、z軸平面施加剪切應(yīng)力時，將在垂直x軸和垂直y軸的平面上產(chǎn)生電荷。且有d12=－d11，d25=－d14，d26=－2d11，獨(dú)立的壓電常數(shù)只有d11和d14，即

d11=2.31×10－12(C/N)

d14=0.73×10－12(C/N)對于鈦酸鋇壓電陶瓷，壓電常數(shù)矩陣為

式(6.7)中獨(dú)立的壓電常數(shù)有三個，即

d33=190×10－12(C/N)

d31=d32=－0.42d33=－78×10－12(C/N)

d15=d24=250×10－12(C/N)(6.7) 6.2壓電材料

6.2.1壓電晶體

1.石英晶體

石英晶體(SiO2)有天然和人造的兩種，由于天然石英晶體資源很少，并且大多存在一定缺陷，所以目前廣泛應(yīng)用成本較低的人造石英晶體。人造石英晶體的物理及化學(xué)性質(zhì)幾乎與天然石英晶體相同，在幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)，壓電常數(shù)不隨溫度而變化。石英晶體的居里點(diǎn)為573℃，即溫度達(dá)到573℃時將完全喪失壓電性能。此外，石英晶體還具有動態(tài)特性好、固有頻率高、機(jī)械強(qiáng)度高、機(jī)械性能穩(wěn)定、無熱釋電效應(yīng)等特點(diǎn)，但其靈敏度很低，介電常數(shù)較小，主要用于標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器或使用溫度較高的傳感器中。

2.水溶性壓電晶體

水溶性壓電晶體有酒石酸鉀鈉(NaKC4H4O64H2O)、硫酸鋰(Li2SO4H2O)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)等，具有較高的靈敏度和介電常數(shù)，但易于受潮，機(jī)械強(qiáng)度也較低，只適用于室溫和濕度低的環(huán)境中。

3.鈮酸鋰晶體

鈮酸鋰(LiNbO3)是一種透明的單晶體，熔點(diǎn)為1250℃，居里點(diǎn)高達(dá)1200℃，具有良好的壓電性能和時間穩(wěn)定性，在耐高溫傳感器中廣泛應(yīng)用。6.2.2壓電陶瓷

1.鈦酸鋇壓電陶瓷

鈦酸鋇(BaTiO3)壓電陶瓷是由碳酸鋇(BaCO3)和二氧化鈦(TiO2)在高溫下混合燒結(jié)而成，具有較高的靈敏度和介電常數(shù),但其居里點(diǎn)較低(120℃)、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較差。

2.鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷(PZT)

PZT是由鈦酸鉛(PbTiO3)和鋯酸鉛(PbZrO3)組成的固溶體pb(Zr,Ti)O3，具有較高的靈敏度和介電常數(shù)，居里點(diǎn)在300℃以上，且性能穩(wěn)定。在PZT中再添加一種或兩種如鈮(Nb)、銻(Sb)、錫(Sn)、錳(Mn)等微量元素，可獲得不同性能的PZT壓電陶瓷，因此PZT是目前應(yīng)用最廣泛的壓電陶瓷。

3.鈮酸鹽系列壓電陶瓷

鈮酸鹽系列壓電陶瓷是由鐵電體鈮酸鉀(KNbO3)和鈮酸鉛(PbNb2O3)組成的。鈮酸鉀居里點(diǎn)為435℃，鈮酸鉛居里點(diǎn)高達(dá)570℃，但介電常數(shù)較低，常用于水聲傳感器中。

4.鈮鎂酸鉛壓電陶瓷(PMN)

PMN是由鈮鎂酸鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)、鈦酸鉛(PbTiO3)和鋯酸鉛(PbZrO3)組成的三元系陶瓷，具有較高的壓電常數(shù)和居里點(diǎn)(260℃)，能承受7×107Pa的壓力，適合于高溫下的力傳感器。6.2.3新型壓電材料

1.壓電半導(dǎo)體

壓電半導(dǎo)體材料既有半導(dǎo)體特性，又有壓電性能，如硫化鋅(ZnS)、硫化鎘(CdS)、氧化鋅(ZnO)、碲化鎘(CaTe)、碲化鋅(ZnTe)、砷化鎵(GaAs)等。因此，壓電半導(dǎo)體材料既可利用壓電性能研制傳感器，又可利用半導(dǎo)體特性制成電子器件，也可將兩者結(jié)合起來，研制集轉(zhuǎn)換元件和電子電路于一體的新型集成壓電傳感器測試系統(tǒng)。

2.高分子壓電薄膜

某些合成高分子聚合物薄膜經(jīng)延展拉伸和電場極化后，具有一定的壓電性能，這類薄膜稱為高分子壓電薄膜，如聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚甲基-L谷氨酸脂PMG等。這類壓電薄膜的靈敏度和機(jī)械強(qiáng)度很高、柔軟、耐沖擊、不易破碎、易于加工成大面積的壓電元件

和陣列元件。

如果將壓電陶瓷粉末加入高分子化合物中，可以制成高分子-壓電陶瓷薄膜，它既保持了高分子壓電薄膜的柔軟性，又具有較高的壓電系數(shù)，是一種很有發(fā)展前途的壓電材料。

6.3等效電路與信號調(diào)理電路

6.3.1等效電路

在壓電元件的兩個工作面上進(jìn)行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構(gòu)成兩個電極。當(dāng)壓電元件受到外力作用時，在兩個極板上聚集數(shù)量相等、極性相反的電荷，從而形成電場。因此壓電式傳感器可以看作是一個電荷發(fā)生器，或一個電容器。若壓電元件的面積為A=l×b，厚度為δ，介電常數(shù)為ε，則其電容量Ca為(6.8)兩極板間電壓ua為

壓電式傳感器既可以等效成一個電荷源與電容并聯(lián)電路，也可以等效成一個電壓源與電容串聯(lián)電路，如圖6.5所示。圖中Ra為傳感器的泄漏電阻，其阻值在1012Ω以上。(6.9)圖6.5壓電式傳感器的等效電路壓電式傳感器的靈敏度有兩種表示方式。單位外力作用下產(chǎn)生的電壓稱為電壓靈敏度，用Su=ua/F表示；單位外力作用下產(chǎn)生的電荷稱為電荷靈敏度，用Sq=Q/F表示。它們之間的關(guān)系為

壓電式傳感器在實(shí)際使用中，常采用兩片或多片壓電片粘結(jié)在一起以提高靈敏度，如圖6.6所示。(6.10)圖6.6兩片壓電片并聯(lián)和串聯(lián)接法6.3.2信號調(diào)理電路

1.電壓放大器

壓電式傳感器與電壓放大器連接的等效電路如圖6.7所示。圖中Cc為連接電纜的分布電容，Ri和Ci分別為放大器的輸入電阻和電容，R=Ra∥Ri，C=Cc+Ci。如果壓電元件沿x軸方向受到正弦力F=Fmsinωt的作用，則在垂直x軸表面所產(chǎn)生的電荷Q與電壓ua均按正弦規(guī)律變化，即

式中：Um——壓電元件輸出電壓的幅值，Um=d11Fm/Ca。(6.11)圖6.7壓電式傳感器與電壓放大器連接的等效電路電壓放大器輸入端電壓ui(傳感器輸出電壓)為

由式(6.12)可得ui的幅值Uim及ui與被測作用力F之間的相位差φ分別為(6.13)(6.12)設(shè)測量回路的時間常數(shù)τ=R(Ca+C)=R(Ca+Cc+Ci)，當(dāng)

ω→∞，即

時，則

當(dāng)ωτ<3，即被測作用力變化緩慢，測量回路時間常數(shù)也不大時，會造成傳感器的靈敏度降低。下限截止頻率ωL與時間常數(shù)τ應(yīng)滿足

ωLτ≥1

(6.15)

為了擴(kuò)展傳感器的低頻響應(yīng)范圍，就必須提高測量回路的時間常數(shù)τ。(6.14)壓電式傳感器接入電壓放大器后的電壓靈敏度S定義為

當(dāng) 時，電壓靈敏度S近似為(6.16)(6.17)

例6.1某壓電式傳感器測量信號的最低頻率f=1Hz，要求在1Hz時其幅值誤差不超過5%。已知電壓放大器輸入回路總電容C=500pF，求該放大器輸入回路的總電阻R。

解由式(6.13)和式(6.14)可得，傳感器的實(shí)際輸出電壓幅值Uim(w)與理想輸出電壓幅值Uim(∞)之比為

解得wt=3.04。將w=2pf及t=RC代入上式可得R=968MW。

2.電荷放大器

為改善壓電式傳感器的低頻特性，常采用電荷放大器。電荷放大器實(shí)際上是一個具有深度負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，壓電式傳感器與電荷放大器連接的等效電路如圖6.8(a)所示。圖6.8壓電式傳感器與電荷放大器連接的等效電路理想情況下，傳感器的泄漏電阻Ra和放大器的輸入電阻Ri、反饋電阻Rf都很大，可認(rèn)為開路。反饋電容Cf折合到放大器輸入端的等效電容 ，與Ca、Cc、Ci并聯(lián)，簡化等效電路如圖6.8(b)所示。此時電荷放大器的輸出電壓uo為

通常A=104～108，則

，式(6.18)可簡化為(6.18)(6.19)

例6.2已知Ca=100pF，Cf=10pF，Ci=0，Ra=Ri=Rf=∞。若考慮Cc的影響，當(dāng)A=104時要求輸出信號衰減小于1%，求使用90pF/m電纜時的最大允許長度為多少？

解由電荷放大器輸出電壓表達(dá)式(6.18)和(6.19)可得，實(shí)際輸出與理想輸出的比值為

將Ca、Cf和A代入上式解得Cc=900pF，電纜最大允許長度l=900/90=10m。 6.4壓電式傳感器的應(yīng)用

6.4.1壓電式力傳感器

壓電式力傳感器可測量動態(tài)或靜態(tài)力，其測量范圍為102～105N。圖6.9為一種用于機(jī)床動態(tài)切削力測量的單向壓電式力傳感器。圖6.9單向壓電式力傳感器壓電式力傳感器安裝在試件與激振器之間，在試件上的適當(dāng)部位裝多只壓電式加速度傳感器。將壓電式力傳感器測得的力信號和壓電式加速度傳感器測得的加速度信號經(jīng)多路電荷放大器后送入數(shù)據(jù)處理設(shè)備，即可求得被測試件的機(jī)械阻抗。該試驗(yàn)方法可進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，如圖6.10所示。圖6.10壓電式力傳感器測量激振力示意圖6.4.2壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器主要用于振動沖擊測量，高頻、中頻振動的量值傳遞基準(zhǔn)。它具有量程大、頻帶寬、安裝簡單、適用于各種惡劣環(huán)境、體積小、重量輕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于振動沖擊測試、信號分析、故障診斷、振動校準(zhǔn)等。

1.工作原理

圖6.11所示為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖6.11壓電式加速度傳感器

2.結(jié)構(gòu)形式

壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)形式主要有壓縮型、剪切型和組合型三種。

1)壓縮型

壓縮型壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6.12所示。圖6.12壓縮型壓電式加速度傳感器

2)剪切型

剪切型壓電式加速度傳感器，是利用壓電片受剪切應(yīng)力而產(chǎn)生壓電效應(yīng)的原理制成的，這類傳感器的壓電片多采用壓電陶瓷。按壓電片的結(jié)構(gòu)形式不同，又可分為柱形剪切型、三角剪切型、H剪切型等，其結(jié)構(gòu)如圖6.13所示。圖6.13剪切型壓電式加速度傳感器

3)組合型

利用集成工藝技術(shù)，將壓電式傳感器與電子線路完全集成組合在一起，構(gòu)成組合型壓電式加速度傳感器。圖6.14所示為多晶片三向加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖，由三組具有x、y、z三向互相正交壓電效應(yīng)的壓電片組成。圖6.14三向加速度傳感器

3.應(yīng)用舉例

橋墩水下和地表以下部位的缺陷是很難直接發(fā)現(xiàn)的，用壓電式加速度傳感器檢測橋墩的振動，再進(jìn)行頻譜分析，則可準(zhǔn)確地判斷橋墩的內(nèi)部缺陷。

圖6.15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。圖6.15探測橋墩水下部位裂紋示意圖6.4.3壓電式超聲波傳感器

壓電式超聲波傳感器(或稱超聲波探頭)是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，將高頻交變電場轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動而產(chǎn)生超聲波(發(fā)射探頭)，再利用正壓電效應(yīng)將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號(接收探頭)。發(fā)射探頭和接收探頭的結(jié)構(gòu)基本相同，有時可用一個探頭完成兩種任務(wù)。

壓電式超聲波探頭的結(jié)構(gòu)如圖6.16所示，主要由壓電元件、吸收塊(阻尼塊)、保護(hù)膜和引出線等組成。圖6.16壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)

1.壓電式超聲波測厚傳感器

圖6.17所示為壓電式超聲波測厚傳感器的原理框圖，超聲波探頭與被測試件表面接觸。主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號控制發(fā)射電路，經(jīng)電流放大后激勵壓電探頭，產(chǎn)生超聲波脈沖。超聲波脈沖傳到被測試件表面被反射回來，由同一探頭接收，經(jīng)接收放大器放大并加到示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上，標(biāo)記發(fā)生器輸出時間標(biāo)記脈沖信號也加到該垂直偏轉(zhuǎn)板上，而掃描電路輸出掃描電壓則加到示波器水平偏轉(zhuǎn)板上。在示波器上可直接讀出發(fā)射與接收超聲波脈沖之間的時間間隔t，由此計算出被測試件的厚度，即(6.20)圖6.17壓電式超聲波傳感器測厚的原理框圖

2.壓電式超聲波流量計

圖6.18為壓電式超聲波流量計的原理圖。在流體中設(shè)置兩個間距為L的超聲波傳感器B1和B2，它們既可以發(fā)射超聲波也可以接收超聲波，分別裝在上游和下游。設(shè)流體靜止時超聲波傳播的速度為c，流體的流速為v，順流方向的傳播時間為t1，逆流方向的傳播時間為t2，則圖6.18壓電式超聲波流量計原理圖時間差Δt為

由于 ，由式(6.21)可求得流體的流速，即(6.21)(6.22)由壓電式超聲波傳感器、微處理器和數(shù)字顯示等部分組成的智能超聲波流量計可實(shí)現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。其特點(diǎn)如下：

(1)實(shí)現(xiàn)非接觸測量,測量儀器安裝在管道外側(cè)，測量時不影響流體的流動參數(shù)和狀態(tài)，流動液體的溫度、壓力、腐蝕等對儀器均無損害，在生產(chǎn)線上可進(jìn)行實(shí)時測量(檢修)；

(2)測量管道直徑范圍大(0.25～2m)，管壁厚度不受限制，可測量鋼管、鑄鐵管、銅管、鋁管、水泥管、塑料及玻璃管等多種管道內(nèi)的流體流量；

(3)既可用于水、汽油、食用油以及化工液體等多種介質(zhì)流量的測量，又可用于高溫、高壓流體的測量，還可對高粘度、慢流動介質(zhì)的流量進(jìn)行速度標(biāo)定，更能對均勻多相流體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)精確測量。顯示器能顯示瞬時流量、平均流量、累計流量以及瞬時流速等參數(shù)。 6.5聲表面波(SAW)傳感器

6.5.1

SAW傳感器的結(jié)構(gòu)類型與工作原理

圖6.19所示為延遲線型SAW振蕩器，壓電基片上設(shè)置兩個叉指換能器，即發(fā)射叉指換能器T1和接收叉指換能器T2，用來完成聲-電轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生時間延遲。當(dāng)T1加以交變電信號時，相當(dāng)于在壓電襯底材料上加交變電場，材料表面就會產(chǎn)生與所加電場強(qiáng)度成正比例的機(jī)械變形,即產(chǎn)生SAW。SAW經(jīng)媒質(zhì)延遲被T2接收，T2再將SAW轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器放大后正反饋到T1，從而構(gòu)成振蕩回路。當(dāng)放大器的增益能補(bǔ)償諧振器及其連接導(dǎo)線的損耗，同時又能滿足一定的相位條件時，振蕩器就可以起振并能維持振蕩。其振蕩條件為圖6.19延遲線型SAW振蕩器

式中：f——振蕩頻率；

L——聲表面波傳播路程，即T1與T2的中心距離；

v——聲表面波的速度；

φ——放大器及電纜回路產(chǎn)生的相位移；

n——正整數(shù)，通常取30～1000。(6.23)圖6.20所示為諧振型SAW振蕩器，由發(fā)射、接收叉指換能器和一對反射柵陣列組成。T1激發(fā)SAW，T2接收SAW，反射柵構(gòu)成諧振腔。當(dāng)SAW在壓電基片上傳播時，反射柵將產(chǎn)生相干反射，適當(dāng)設(shè)計反射柵的長度和位置，即選擇諧振腔長度，在諧振腔內(nèi)可形成駐波，能量將被封閉在腔體內(nèi)。若以某種方式從腔體內(nèi)取出能量，就可得到單一頻率的諧振波。圖6.20諧振型SAW振蕩器6.5.2

SAW傳感器的應(yīng)用

1.SAW氣體傳感器

圖6.21所示為SAW氣體傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，選擇性氣體敏感膜覆蓋在SAW的傳播路徑上，當(dāng)敏感膜吸附氣體分子時，會引起敏感膜密度、彈性參數(shù)、導(dǎo)電率、介電常數(shù)等發(fā)生變化，從而引起SAW傳播速度和延遲時間變化，結(jié)果導(dǎo)致振蕩器頻率發(fā)生變化，通過檢測輸出頻率的變化量，就可以感知?dú)怏w的濃度。敏感膜材料的種類很多，可根據(jù)感測氣體進(jìn)行選擇，如半導(dǎo)體酞箐(phthalocyaninc)敏感膜用于測量NO2氣體濃度，三氧化鎢(WO3)敏感膜用于測量硫化氫

(H2S)氣體濃度等。圖6.21

SAW氣體傳感器

2.SAW壓力傳感器

圖6.22所示為SAW壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，在壓電基片上沉積一層薄膜敏感區(qū)(膜片)，其上面的叉指換能器與放大器構(gòu)成SAW振蕩器。為了提高測量精度，補(bǔ)償溫度對壓電基片的影響，在膜片的中間和邊緣各刻制一個叉指換能器。圖6.22

SAW壓力傳感器

3.SAW溫度傳感器

SAW溫度傳感器是利用振蕩器頻率與溫度呈線性關(guān)系的原理而設(shè)計的。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，改變了SAW的傳播速度，從而引起振蕩器頻率發(fā)生變化，由頻率變化量來檢測溫度的變化。SAW諧振型溫度傳感器的測溫范圍為－50～250℃，精度大于0.01℃，可測量出10－4～10－6℃的微小溫度變化量，常用于氣象測溫、糧倉多點(diǎn)測溫、火災(zāi)報警等。

4.SAW濕度傳感器

SAW濕度傳感器是利用敏感膜感濕性與頻率之間存在定量關(guān)系的原理設(shè)計的。在延遲線型SAW振蕩器的兩個叉指換能器之間涂敷鈉鹽或磺化聚苯乙烯，當(dāng)這種吸濕聚合物涂層受潮濕后，SAW的傳播速度將發(fā)生變化，從而引起振蕩器頻率發(fā)生變化。在20～70%RH濕度范圍內(nèi)，SAW延遲線型濕度傳感器的頻率與濕度呈線性關(guān)系，因此可通過頻率變化量來檢測濕度的大小。這種傳感器廣泛用于氣象預(yù)報、糧食儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生和國防建設(shè)等領(lǐng)域。

思考題與習(xí)題

6.1什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？石英晶體和壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)有何不同？

6.2縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)的區(qū)別是什么?試結(jié)合壓電