第九章压电式传感器 第九章压电式传感器 第一节压电式传感器的材料与工作原理 第二节压电式传感器的等效电路和测量电路 第三节压电式传感器的应阻
第九章 压电式传感器 第九章 压电式传感器 第一节 压电式传感器的材料与工作原理 第二节 压电式传感器的等效电路和测量电路 第三节 压电式传感器的应用
第九章压电式传感器 第一节压电式传感器的材料与工作原理 压电式传感器: 以某些材料受力后在表面产生电荷的压电效应为转 换原理的传感器。 用途: 可测量最终能转化为力的各种物理量,如力、压力、 加速度等。 本章目最
第九章 压电式传感器 第一节 压电式传感器的材料与工作原理 压电式传感器： 以某些材料受力后在表面产生电荷的压电效应为转 换原理的传感器。 用途： 可测量最终能转化为力的各种物理量，如力、压力、 加速度等。 本章目录
第九章压电式传感器 压电效应 正压电效应: 某些材料受到一定方向的外力作用时,内部就产生极 化现象,同时在某两个对应的晶面上产生符号相反的电荷; 当外力去掉后电荷消失;当作用力方向改变时,电荷极性 也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正 比。 逆压电效应: 当对上述材料在一定方向上施加一交变电场(交变电 压),在一定晶轴方向上将产生机械形变,外电场消失形 变也随之消失。(又称电致伸缩效应)
第九章 压电式传感器 一、压电效应 正压电效应： 某些材料受到一定方向的外力作用时，内部就产生极 化现象，同时在某两个对应的晶面上产生符号相反的电荷； 当外力去掉后电荷消失；当作用力方向改变时，电荷极性 也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正 比。 逆压电效应： 当对上述材料在一定方向上施加一交变电场（交变电 压），在一定晶轴方向上将产生机械形变，外电场消失形 变也随之消失。（又称电致伸缩效应）
第九章压电式传感器 二、压电材料 压电式传感器大多是利用压电材料的正压电效应制成的。 1、选择的条件 >较大的压电常数。 机械强度高,刚度大,具有较高的固有振动频率。 高电阻率和介电常数,具有良好的低频特性。 >较高的居里点。(较宽的压电温度范围) 较好的时间稳定性
第九章 压电式传感器 二、压电材料 压电式传感器大多是利用压电材料的正压电效应制成的。 1、选择的条件 ➢ 较大的压电常数。 ➢ 机械强度高，刚度大，具有较高的固有振动频率。 ➢ 高电阻率和介电常数，具有良好的低频特性。 ➢ 较高的居里点。（较宽的压电温度范围） ➢ 较好的时间稳定性
第九章压电式传感器 2、压电材料的分类 压电晶体 单品,居里点575℃,机械强度大、稳定,无热释电效 (1)石英晶体应:;但灵数度低,常数小,现在使用越来越少 酒石酸钾钠(NaKC4H4064H2O)、磷酸二氢 KH2PO S04.H (2)水溶性压电晶体有较高的压电灵敏度和介电常数;易受潮,祝 械强度低,适用用于室温和温度低的场合。 (3)锯酸锂晶体透单品,居点1210℃,有足好的压电性能和时 间稳定性
第九章 压电式传感器 2、压电材料的分类 压电晶体 （1）石英晶体 单晶，居里点575℃，机械强度大、稳定，无热释电效 应；但灵敏度低，介电常数小，现在使用越来越少。 （2）水溶性压电晶体 酒石酸钾钠（NaKC4H4O6•4H2O）、磷酸二氢 钾（KH2PO4）、硫酸锂（Li2SO4•H2O）。具 有较高的压电灵敏度和介电常数；易受潮，机 械强度低，适用用于室温和温度低的场合。 （3）铌酸锂晶体 透明单晶，居里点1210℃，有良好的压电性能和时 间稳定性
第九章压电式传感器 压电陶瓷 经过极化处理的压电陶瓷,多晶,是运用最普遍压电材料。 钛酸盐系、锆钛酸盐系、铌酸盐系、铌镁酸盐 压电半导体 既有半导体特性,又有压电性能。如ZnS,CaS aaso 利用半导特性制电子器件,利用压电特性制传感器 结合成集传感器转换与电子线路为一体的新型传感器
第九章 压电式传感器 压电陶瓷 经过极化处理的压电陶瓷，多晶，是运用最普遍压电材料 。 钛酸盐系、锆钛酸盐系、铌酸盐系、铌镁酸盐 压电半导体 既有半导体特性，又有压电性能。如ZnS，CaS， CaAs。 利用半导特性制电子器件，利用压电特性制传感器， 结合成集传感器转换与电子线路为一体的新型传感器
第九章压电式传感器 高分子压电材料 不易碎,可大量大面积生产。 聚偏二氟乙烯(PⅤF2),聚氟乙烯PVF, 聚氯乙烯PVC,聚γ甲基L谷氨酸酯PMG。 利用压电陶瓷粉末加入到高分子化合物中,制成高 分子压电陶瓷薄膜,既有柔软性,又有高的压电系数。 冲节首頁
第九章 压电式传感器 高分子压电材料 不易碎，可大量大面积生产。 聚偏二氟乙烯（PVF2），聚氟乙烯PVF， 聚氯乙烯PVC，聚γ甲基-L谷氨酸酯PMG。 利用压电陶瓷粉末加入到高分子化合物中，制成高 分子压电陶瓷薄膜，既有柔软性，又有高的压电系数。 本节首页
第九章压电式传感器 三、石英晶体的压电效应 1、压电效应 易体学常用三根相 互垂直的轴来表示 C X 天然结构:六角棱柱体
第九章 压电式传感器 三、石英晶体的压电效应 1、压电效应 天然结构：六角棱柱体 晶体学常用三根相 互垂直的轴来表示 X Y Z a b c
第九章压电式传感器 Z轴:光轴,中性轴。纵向勃,与晶体是上下最推点连线重合。 光线沿该轴通过石英晶体时无折射,沿该轴方向受力 时不会产生压电效应。 X轴:电轴。 垂直Z勃,经过六棱柱棱线 在该轴向力的作用下产生纵向压电效应。 沿该轴方向施力,在垂直于此轴的表面上压电效应最明显。 Y轴:机械轴,力轴。垂直于X、Z轴,垂直于棱面。 在该轴向力的作用下产生—横向压电效应 在电场作用下,该轴向的机械形变最明显
第九章 压电式传感器 Z轴：光轴，中性轴。 纵向轴，与晶体是上下晶椎顶点连线重合。 光线沿该轴通过石英晶体时无折射，沿该轴方向受力 时不会产生压电效应。 X轴：电轴。 垂直于Z轴，经过六棱柱棱线。 在该轴向力的作用下产生——纵向压电效应。 沿该轴方向施力，在垂直于此轴的表面上压电效应最明显。 Y轴：机械轴，力轴。 垂直于X、Z轴，垂直于棱面。 在该轴向力的作用下产生——横向压电效应。 在电场作用下，该轴向的机械形变最明显
第九章压电式传感器 2、产生原因 石英是由SiO2构成,在微观上是以3个S离子和6个O离子 构成六角晶胞。 、不受力时 X 无作用力Fy=0 正负电荷平衡,外部没 3○ 有带电现象。 垂直于X轴的表面上电荷Q0
第九章 压电式传感器 2、产生原因 石英是由SiO2构成，在微观上是以3个Si离子和6个O离子 构成六角晶胞。 a、不受力时 X Y P1 P2 P3 无作用力 FX = 0 正负电荷平衡，外部没 有带电现象。 垂直于X轴的表面上电荷Q=0