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第第6章章 压电式传感器压电式传感器 压电式传感器的工作原理 某种介质材料受力作用变形时，其表面产生电 荷荷 （（压电效应压电效应），），从而实现非电量测量从而实现非电量测量。它是它是一种种 有源传感器。 特点：体积小、质量轻、频响高、信噪比大 应用范围：用于各种动态力（压力）、机械冲击与振动测量， 广泛应用于声学广泛应用于声学、医学医学、力学力学、宇航等领域宇航等领域。 ※ 但不适用于静态参数的测量 ※ 2012-3-31 1 一、、压电效应压电效应 正压电效应： ★ 利用电介质受力变形，内部产生的极化现象，产生电荷 ★去掉外力后，电荷消失，状态复原 ★★ 作用力相反作用力相反，电荷极性也发生变化电荷极性也发生变化 机械量 压电元件 电量 逆压电效应（电致伸缩效应）： 当在电介质的极化方向上施加电场时，这些电介质发 生形变。 2012-3-31 2 二、压电材料 类型：压电晶体(单晶体)如石英晶体 压电陶瓷(多晶陶瓷) 新型压电材料（压电半导体和有机高分子） 主要特性参数主要特性参数 压电常数：压电效应强弱的参数，关系到压电输出的灵敏度 弹性系数弹性系数：材料弹性常数材料弹性常数，决定器件的固有频率的动态特性决定器件的固有频率的动态特性 介电常数：固有电容与介电常数有关，影响传感器下限频率 机械耦合系数：衡量压电材料机－电能量转换效率的重要参 数，等于转换输出能量与输入能量之比的平方根 电阻：绝缘电阻，可减少电荷泄漏，改善低频特性 居里点居里点：：材料开始丧失压电特性的温度材料开始丧失压电特性的温度,, 如石英如石英573573° 2012-3-31 3 1、石英晶体 天然形成的石英晶体外形 2012-3-31 4 石英晶体切片及封装石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 双 面面 镀 银银 并 封封 2012-3-31 装 5 石英晶体化学式为 SiO2, 是单晶体结 构。右图表示了天 然结构的石英晶体然结构的石英晶体 外形。它是一个正 六面体六面体。。 特点：1）晶体各个方向的特性不相同 2 ）Z轴（光轴）方向没有压电效应 3 ）X轴（电轴）面压电效应最强 4 ）Y轴（机械轴）方向机械变形最大 2012-3-31