《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第8章压电式传感器

8.1 压电式传感器的工作原理 8.2 等效电路及信号变换电路 8.3 压电式加速度传感器 8.4 压电式测力传感器

团购合买资源类别：文库，文档格式：PPT，文档页数：39，文件大小：1.19MB

第8章压电式传感器是一种典型的有源传感器，是一种双向机电传感器。以压电效应为基础。 8.1压电式传感器的工作原理 8.2等效电路及信号变换电路 8.3压电式加速度传感器 8.4压电式测力传感器返回一贝

第8章压电式传感器 8.1 压电式传感器的工作原理 8.2 等效电路及信号变换电路 8.3 压电式加速度传感器 8.4 压电式测力传感器返回下一页是一种典型的有源传感器，是一种双向机电传感器。以压电效应为基础

8.1压电式传感器的工作原理压电效应可逆，“双向传感器” 正压电效应某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生形变时，其两个表面上会产生符号相反的等量电荷：若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。返回上一页下一页

8.1 压电式传感器的工作原理压电效应可逆， “双向传感器” 。 ⚫ 正压电效应某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生形变时，其两个表面上会产生符号相反的等量电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。返回上一页下一页

●逆压电效应在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械形变（伸长或缩短），当去掉外加电场后，该物质的形变随之消失，这种电能转变为机械能的现象称为“逆压电效应”。也叫“电致伸缩效应”。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。返同上一页下而

⚫ 逆压电效应在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械形变（伸长或缩短），当去掉外加电场后，该物质的形变随之消失，这种电能转变为机械能的现象称为“逆压电效应” 。也叫“电致伸缩效应” 。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。返回上一页下一页

1.石英晶体的压电效应在晶体内选定参考方向，叫做晶体轴。 X轴：电轴或1轴； Y轴：机械轴或2轴； (b) Z轴：光轴或3轴。天然结构的石英晶体（六角形晶柱） “纵向压电效应”：沿电轴（轴）方向的力作用下产生电荷。 “横向压电效应”：沿机械轴（轴）方向的力作用下产生电荷。在光轴（轴）方向时则不产生压电效应。返同上一页下一页

1. 石英晶体的压电效应 X轴：电轴或1轴； Y轴：机械轴或2轴； Z轴：光轴或3轴。 “纵向压电效应”：沿电轴（X轴）方向的力作用下产生电荷。 “横向压电效应”：沿机械轴（Y轴）方向的力作用下产生电荷。在光轴（Z轴）方向时则不产生压电效应。返回上一页下一页天然结构的石英晶体（六角形晶柱）在晶体内选定参考方向，叫做晶体轴

晶体切片当沿电轴方向加作用力F时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷。 Q.=d·F 4一压电系数(C/N) Q,的正负由受压还是受拉决定。压电系数d的下标mn的意义是：m表示产生电荷面的轴向，表示施加作用力的轴向。在石英晶体中，下标1对应X轴，2对应Y轴，3对应Z轴。返同上一页下一页

晶体切片 ⚫ 当沿电轴方向加作用力Fx时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷。 Qx d Fx = • 11 d11——压电系数（C/N）返回上一页下一页 Qx的正负由受压还是受拉决定。压电系数d的下标mn的意义是：m表示产生电荷面的轴向，n表示施加作用力的轴向。在石英晶体中，下标1对应X轴，2对应Y轴，3对应Z轴

如果作用力是沿着机械轴方向，电荷仍在与轴垂直的平面。而极性方向相反。 d5,d8 O. 其中， d2=-d 切片上电荷的符号与受力方向的关系 (a) (b) (c) (d) 图(a)是在轴方向受压力，图(b)是在轴方向受拉力，图(c)是在轴方向受压力，图(d)是在轴方向受拉力。返同上一页下一页

切片上电荷的符号与受力方向的关系图（a）是在X轴方向受压力，图（b）是在X轴方向受拉力，图（c）是在Y轴方向受压力，图（d）是在Y轴方向受拉力。返回上一页下一页 x y F y b a F d b a Q = d1 2 = − 1 1 如果作用力是沿着机械轴方向，电荷仍在与 X轴垂直的平面。而极性方向相反。其中， d1 2 = −d1 1

石英晶体种天然晶体，压电系数d,=2.31×10-12CN: 莫氏硬度为7、熔点为1750℃、膨胀系数仅为钢的1/30。优点：转换效率和转换精度高、线性范围宽、重复性好、固有频率高、动态特性好、工作温度高达550℃（压电系数不随温度而改变)、工作湿度高达100%、稳定性好。返回上一页下一页

石英晶体一种天然晶体，压电系数d11＝2.31×10－12C/N；莫氏硬度为7、熔点为1750℃、膨胀系数仅为钢的1/30。优点：转换效率和转换精度高、线性范围宽、重复性好、固有频率高、动态特性好、工作温度高达550℃（压电系数不随温度而改变）、工作湿度高达100%、稳定性好。返回上一页下一页

2.压电陶瓷的压电效应人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。晶粒内有很多自发极化的小区域（电畴）。 (a)未极化的陶瓷 (b)正在极化的陶瓷 (c)极化后的陶瓷为使压电陶瓷具有压电效应，须进行极化处理。。当电场去掉后，其内部仍存在着很强的剩余极化强度。极化的两端出现束缚电荷，一端为正，一端为负。返回上一一页

2. 压电陶瓷的压电效应 ⚫ 人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。晶粒内有很多自发极化的小区域（电畴）。返回上一页下一页 ⚫ 当电场去掉后，其内部仍存在着很强的剩余极化强度。极化的两端出现束缚电荷，一端为正，一端为负。为使压电陶瓷具有压电效应，须进行极化处理

陶瓷片极化电极自由电荷束缚电荷自由电荷压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等，它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用 ,因此陶瓷片对外不表现极性。返间上一页下一页

陶瓷片极化压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等，它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用，因此陶瓷片对外不表现极性。返回上一页下一页

压电陶瓷的正压电效应压电陶瓷片上加上一个与极化方向平行的外力，陶瓷片将产生压缩变形，片内束缚电荷之间距离变小电畴偏转，极化强度变小。原来吸附在极板上的自由电荷，一部分被释放而出现放电现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象。返回上一下一页

压电陶瓷的正压电效应压电陶瓷片上加上一个与极化方向平行的外力，陶瓷片将产生压缩变形，片内束缚电荷之间距离变小，电畴偏转，极化强度变小。原来吸附在极板上的自由电荷，一部分被释放而出现放电现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象。返回上一页下一页

点击下载完整版文档（PPT格式）

共39页，可试读13页，点击继续阅读 ↓↓

点击下载（PPT格式）

浏览记录