第6章压电传感器分析报告.pptVIP

清代诗人苏履吉赞颂鸣沙的“雷送余音声袅袅，风生细响语喁喁”。——鸣沙山上的逆压电效应 压电材料（一）石英晶体 天然形成的石英晶体外形（续） 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。 石英晶体的压电效应演示 当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。 压电陶瓷外形 无铅压电陶瓷及其换能器外形 （上海硅酸盐研究所研制） 3.高分子压电材料 典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量动态范围可达80dB。 高分子压电薄膜及拉制 高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 压电式脚踏报警器 压电式振动加速度传感器的外形 压电振动加速度传感器的性能指标（以某小型“内装IC的压电加速度传感器”为例） 技术指标：灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范围：4-4000Hz安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安装螺纹：M5 mm 线性：≤1% 三、交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。 高分子压电电缆的应用演示 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约2cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。 高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器 压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量 压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用 汽车振动试验台 振动对建筑物的影响 桥墩下部裂纹探测 四、玻璃打碎报警装置 将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。 粘贴位置 将厚约0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成10?20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的电极引线。并用保护膜覆盖。 使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q ，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。 由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，因此压电传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，所以压电传感器只适用于动态测量。 动态频率必须高于100Hz，但在30kHz以上时，灵敏度急剧下降。 小 贴 士 五、压电式刀具切削力的测量 压电式步态分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置 压电传感器测量双腿跳的动态力 * 第6章  压电传感器 我们先来看一个实验。在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破碎的一瞬间，发出暗淡的蓝色闪光，这是强电场放电所产生的闪光，产生闪光的机理是晶体的压电效应 小 实 验 压电传感器是利用某些物质的压电效应制作的传感器，又称为电势式传感器或自发电式传感器，是一种有源传感器。 6.1 压电传感器的工作原理 6.1.1 压电效应及物理解释 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 其内部就产生极化现象, 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转为电能的现象, 称为“正压电效应” 。 相反, 当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质也会产生变形, 这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。 具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机—电能量的相互转换，如图所示。 压电元件 机械量 电 量 压电效应的可逆性 自然界中与压电效应有关的现象很多，例如在敦煌的鸣沙丘上，当许多游客在沙丘上蹦跳或从鸣沙丘上往下滑时，