压电传感器(必威体育精装版整理版).pdfVIP

机械工业出版社

《自动检测与转换技术》

第六章

多媒体课件

2009－5－1更新

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第六章压电传感器

在这一章里，卡卡要给大家介绍压电传感

器的基本原理、特性和应用，也集中讲一讲

在工业领域里常会用到的振动测量。

在测量中，被测动态力和动态压力通过压

电传感器变化转换为电荷量的变化，再经测

量转换电路转换为输出电压。压电传感器是

属于自发电型传感器。

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小实验

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

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第一节压电传感器的工作原理

压电式传感器是一种自发电式传感器。它以

某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，

在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的

目的。

压电式传感器主要用途：压电传感元件是力

敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非

电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度

等，但不能用于静态参数（例如重量）的测量。

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一、压电效应

天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石

刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压

力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q

与所施加的力F成正比，这种现象称为：

“压电效应”

还有一些人造的材料也具有压电效应。

若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就

会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的

变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致

伸缩效应）。

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小知识

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，可以听到雷鸣般的隆隆声。产生这

个现象的原因是无数干燥的沙子（SiO晶体）在振动

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压力下，表面产生电荷，在某些时刻，恰好形成电

压串联，产生很高的电压，并通过空气放电而发出

声音。

在电子打火机中，多片串联的压电材料受到敲击，

产生很高的电压，通过尖端放电，而点燃。

与此相反，在音乐贺卡中是利用集成电路的输出

脉冲电压，来激励压电片，利用逆压电效应产生振

动而发声的。

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——鸣沙山上的逆压电效应

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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