传感器原理压电式传感器.pptVIP

第八章压电式传感器研究内容：?压电效应?压电材料?压电传感器的等效电路与测量线路?压电式传感器：√加速度传感器√力传感器√压力传感器?压电式传感器的误差分析9/27/20201

§8.1压电效应?顺压电效应:某些电介质，在受到一定方向的外力作用而变形时，内部产生极化现象，而在其表面产生电荷，当去掉外力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成电能的现象，称为顺压电效应，又称为压电效应。?逆压电效应:当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电能转换成机械能的现象称“逆压电效应”,又称为电致伸缩效应--驱动器。 F !Q机械能｛压电介质｝电能正压电效应F压电效应及可逆性9/27/20201逆压电效应极化面

压电传感器的特点?力敏感传感器，可测力、压力、加速度等?双向有源传感器?体积小、重量轻?结构简单、工作可靠?频带宽与磁电式传感器的比较:1）磁电式速度传感器响应频率范围窄；2）磁电式机械运动部件容易损坏；3）磁电式传感器质量大，造成系统附加质量大。9/27/20201

9/27/20201各种小巧的压力传感器压电传感器的外形压力变送器部件压力变送器

特点:?石英晶体是各向异性晶体?晶体分右（左）?外形规则一、石英晶体（SiO2)的压电效应---------------------?y9/27/20201z

?光学轴（基准轴，Z轴）:光沿该方向通过没有双折射现象，该方向没有压电效应，光学方法确定。?电轴（X轴）:经过晶体棱线，垂直于该轴的表面上压电效应最强。?机械轴（Y轴）:垂直于XZ面，在电场作用下，9/27/轴方向的机械变形1最最明显。石英晶体的三个晶轴

L2O2-石英晶体压电效应机理电偶极矩P=qL,q为电荷量,L为正负电荷之间距离。9/27/20201Si4+

当石英晶体未受外力作用时,正、负离子正好分布在正六边形的顶角上,形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1、P2、P3。此时正负电荷重心重合,电偶极矩的矢量和等于零,即P1+P2+P3=0,所以晶体表面不产生电荷,即呈中性。-++Y-------------9/27/20201+P3--P2P1X

位置也随之变动。此时正负电荷重心不再重合。√电偶极矩在x方向上的分量由于P3的减小和P1、P2的增加而不等于零,在x轴的正方向出现正电荷电偶极矩在y方向上的分量仍为零,不出现电荷。√当作用力方向相反时,电荷的极性也随之改变。+--++-Y受到X方向的力—纵向压电效应√晶体沿x方向将产生压缩变形,正负离子的相对P2P1P39/27/20201X

√在垂直x轴表面上出现电荷,它的极性为:x轴正向为负。在y轴方向上不出现电荷。√当作用力方向相反时,电荷的极性也随之改变。0-+-+受到Y方向的力—横向压电效应√当晶体受到沿y轴方向的压力作用时,P3增大,P1、P2减小。+9/27/2020