第7章 压电式传感器(改).pptVIP

2.电荷放大器 7.2压电式传感器的等效电路 2.电荷放大器 同样求得输入端电压： 其中,R=Ra//Ri ，C=Ca+Cc+Ci+(1+A)Cf 若 则 若A最够大(一般100db以上) 则 7.2.2电荷放大器 表明：在一定条件下,电荷放大器的输出电压与外力成正比,与反馈电容成反比,而与Ca、Cc和Ci无关。 电缆分布电容变化不会影响传感器灵敏度及测量结果是电荷放大器的突出优点。 7.2.2电荷放大器 输出电压与电缆电容Ca无关,且ω的影响不明显（由于作了简化假设,表达式上是无关的）与q成正比 这些优点使得压电传感器基本上都用电荷放大器作为转换电路。 电压放大器与电荷放大器比较： 电荷放大器电路复杂，价格昂贵，电压放大器反之；但电压放大器下限频率较高，灵敏度与电缆分布电容有关，选用时宜综合考虑。 7.2.2电荷放大器 第7章　压电式传感器 阿尔茨海默症防治相关知识埃及的金字塔有建造方法动画艾司洛尔在神经外科重症中的应用二级二班防溺水等安全教育 　　第7章　压电式传感器 7.1 压电效应及压电材料 1.压电效应 某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部会被极化, 两个表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,又重新恢复到原来不带电状态。 压电材料受力变形,在表面产生电荷——正压电效应 机械能 电能 压电材料通电压,材料变形——逆压电效应 电能 机械能 2.压电材料 压电晶体(单晶) 压电陶瓷(多晶) 3.压电材料的主要特性参数 1.压电常数 是衡量材料压电效应强弱的参数, 它直接关系到压电输出的灵敏度。 2.压电材料的弹性常数E、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。 3.对于一定形状、尺寸的压电元件, 其固有电容与介电常数 有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。 (7-1) 3.压电材料的主要特性参数 4.在压电效应中,机械耦合系数K 等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根; 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。 5.压电材料的绝缘电阻Ra将减少电荷泄漏, 从而改善压电传感器的低频特性。 6.压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点温度。  4.压电材料的主要公式 1. 压电关系式: ——d为压电常数；F为压电材料所有外力；Q为产生电荷 2.压电电压常数 —— 是压电材料的介电常数 3.压电应变常数 E为压电材料的弹性模量 4.机电耦合系数  (7-1) 7.1.1 压电转换 压电关系表达式： 　　　 更一般表达式:电荷密度　　　 ,(用单位面积受力表示) 7.1.2石英晶体的压电机理分析 石英的晶体结构为六棱柱,化学式为SiO2。 定义： z ：无压电效应,六棱柱纵轴,也称光轴。 x：通过六棱柱棱线并垂直于纵轴，也称为电轴。 y ：垂直于棱面,称为机械轴。 主要的压电效应有： 纵向效应、横向效应和切向效应。 7.1.2石英晶体的压电机理分析 (1)纵向压电效应——沿电轴(X轴)施力,电荷出现在与X轴垂直的表面上。产生的电荷为： (2)横向压电效应——沿机械轴(Y轴)施力,电荷仍出现在与X轴垂直的表面上。产生的电荷为： 其中d11：纵向压电系数，Fx：作用力 其中d12：横向压电系数，Fy：作用力，Sx、Sy分别为与X轴、Y轴相垂直的表面积，a/b：X轴/Y轴方向厚度 7.1.2石英晶体的压电机理分析 根据石英晶体对称性, d11=-d12 从而 即横向压电产生的电荷与纵向压电产生的电荷极性相反。 压电式传感器主要利用的是纵向压电效应。 7.1.2石英晶体的压电机理分析 (3)切向压电效应——沿相对两棱加力(X轴或Y轴施加剪切力),晶体表面产生电荷的现象。 ①沿X轴的剪切力产生的电荷在与Y轴垂直的表面上(电荷量与剪切力成正比,与晶体尺寸无关) ②沿Y轴的剪切力产生的电荷在与X轴垂直的表面上(电荷量与剪切力成正比,与晶体尺寸无关) 7.1.2石英晶体的压电机理分析 压电常数dij有两个下标: i(i=1,2,3)——表示在i面上产生电荷,i=1,2,3分别表示在垂直于x,y,z轴的晶面,即x,y,z面上产生电荷。 j(j=1,2,3,4,5,6)——其中j=1,2,3分别表示晶体沿x,y,z轴方向承受单向力；j=4,5,6分别表示晶体在yz平面、zx平面和xy平面上承受剪切力。 7.1.2石英晶体的压电机理分析 石英 天然或人工合成。具有良好的机械强度和压电效应。压电系数较小(d11=2.3×10-12C/N),但压电系数的时间和稳定性好。在20～200℃内,温度