压电式传感器.pptxVIP

压电式传感器单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点。汇报人姓名 目录CATALOGPART 01压电效应 PART 02压电材料 PART 03压电元件结构 PART 04等效电路与测量电路PART 05压电传感器的应用 压电效应概 述压电式传感器是一种典型的自发电型传感器，以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。 概述概述电压加速度计压电陶瓷超声换能器压电警号压电陶瓷位移器压电秤重浮游计 ONE1压电效应Part 01 某些电介质（晶体） 这种现象称压电效应。 当沿着一定方向施加力变形时，内部产生极化现象，同时在它表面会产生符号相反的电荷； 当外力去掉后，又重新恢复不带电状态； 当作用力方向改变后，电荷的极性也随之改变； 压电效应 在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生形变，将电能转化成机械能，这种现象称“逆压电效应”。 所以压电元件可以将机械能——转化成电能 也可以将电能——转化成机械能。压电效应压电元件机械能电能压电效应是可逆的 ONE2压电材料 Part 02 自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅是优能的压电材料。 压电材料可以分为三大类：压电晶体（石英晶体）、压电陶瓷和高分子压电材料。???? 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，使用时用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。石英晶体 石英晶体 天然形成的石英晶体外形 石英晶体 天然形成的石英晶体外形续 石英晶体石英晶体切片及封装按特定方向切片石英晶体薄片双面镀银并封装石英晶体薄片 石英晶体石英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的x称为电轴，与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。(a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片 通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。而沿光轴z方向的力作用时不产生压电效应。 石英晶体1压电元件受力后，表面电荷与外力成正比关系：Q=dFd为压电系数2在X轴方向施力时,产生电荷大小为: ?σ1为X方向应力 3在Y轴方向施力时,产生电荷大小为: σ2为Y方向应力 ?压电系数 -d11=d12 为常数a 、b是晶体切片几何尺寸(长、厚) 石英晶体石英晶体压电模型 石英晶体石英晶体的上述特征与内部分子结构有关当晶体不受力时F=0，正负离子分布在六边形顶角，电偶极矩晶体呈中性；当晶体受沿X轴方向的应力时，X方向压缩形变，电偶极矩在X轴的正方向出现负电荷；当晶体受沿Y轴方向的应力时，Y方向压缩形变，电偶极矩在X轴的正方向出现负电荷； 石英晶体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。 压电传感器的特点 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，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电传感器只能应用于动态测量 压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏度下降）。 石英晶体晶 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。 石英晶体振荡器（晶振） 压电陶瓷（多晶体 ）压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷 。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷 （如BaTiO3等）。 压电陶瓷（多晶体 ）压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，材料的内部晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向。无电场作用时，电畴在晶体中分布杂乱，极化相互抵消，呈中性。 压电陶瓷（多晶体 ）外电场去掉后，电畴极化方向基本不变，剩余极化强度很大。所以，压电陶瓷极化后才具有压电特性，未极化时是非压电体。施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向外电场方向排列。外电场强度达到饱和程度时，所有的电畴与外电场一致。 压电陶瓷（多晶体 ）晶体极化后，沿极化方向（垂直极化平面）作用力时，引起剩余极化强度变化，在极化面上产生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系： 电荷密度：