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生物医学传感压电式;超声刀、超声剪;第一节压电传感器?;一、压电效应;*;重要特性

（双向有源器件）;二、压电材料;纳

米

发

电

机;高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆;*;⑴石英晶体的压电效应;石英晶体三个晶轴;石英晶体的产生压电效应的物理过程：;;（P1+P2+P3）X0

（P1+P2+P3）Y=0

（P1+P2+P3）Z=0;*;石英晶体切片;*;（2）压电陶瓷的压电效应;*;*;*;三、压电方程;*;F1;四、等效电路与测量电路;;电荷型;【例1】一只x切型的石英晶体压电元件，其d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数εr=4.5，横截面积A=5cm2，厚度h=0.5cm。求：

(1)纵向受Fx=9.8N的压力作用时压电片两电极间输出电压值为多大？

(2)若此元件与高输入阻抗运放连接时连接电缆的电容为Cc=4pF，该压电元件的输出电压值为多大？

;

前置放大器也有两种形式：

电压放大器：其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；

电荷放大器：其输出电压与输入电荷成正比。;1、电压放大器;电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。;五、压电传感器的应用;2、?压电式压力传感器;3、?压电式传感器的其他应用;*;*;汽车安全气囊系统;压电式血压传感器;;;超声波技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的，各行各业都使用的通用技术之一。它是通过超声波产生、传播以及接收这个物理过程来完成的。

超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十米的厚度。

当超声波从一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在介质面上会产生反射、折射和波型转换等现象。超声波的这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应用，如超声波无损探伤、厚度测量、流速测量、超声显微镜及超声成像等。;一、超声波及其物理性质;当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射和波型转换等现象。;超声波的波型及其传播速度

声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波的波型也不同。通常有：

①纵波：质点振动方向与波的传播??向一致的波，它能在固体、液体和气体介质中传播；

②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播；

③表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，表面波只在固体的表面传播。;超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。超声波在气体和液体中传播时，由于不存在剪切应力，所以仅有纵波的传播，其传播速度c为;从表可见，蒸馏水温度在0～100℃范围内，声速随温度的变化而变化，在74℃时达到最大值，大于74℃后，声速随温度的增加而减小。此外，水质、压强也会引起声速的变化。

在固体中，纵波、横波及其表面波三者的声速有一定的关系，通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速的90%。气体中纵波声速为344m/s，液体中纵波声速在900～1900m/s。;超声波的反射和折射

声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一部分声波被反射,另一部分透射过界面，在另一种介质内部继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折射。;由物理学知，当波在界面上产生反射时，入射角α的正弦与反射角α′的正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折射时，入射角α的正弦与折射角β的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即;声波的反射系数和透射系数可分别由如下两式求得:;当超声波垂直入射界面，即α=β=0时，则;超声波的声速和波长

（1）声速

纵波、横波及表面波的传播速度取决于介质的弹性系数、介质的密度以及声阻抗。

介质的声阻抗Z等于介质的密度ρ和声速c的乘积，即

Z=ρc;常用材料的密度、声阻抗与声速（0℃）;超声波的指向性

超声波声源发出的超声波束以一定的角度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心轴线上，超声波最强，且随着扩散角度的增大而减小。;指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间的关系为

sinθ=1.22λ/D

设超声源的直径D=20mm，射入钢板的超声波（纵波）频率为5MHz，则根据上式可得θ=4o，可见该超声波的指向性是十分尖锐的。;超声波的衰减

声波