檢測(cè)技術(shù)與儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告--壓電傳感器及其應(yīng)用(已修改)
2025-01-30 22:57 本頁(yè)面
【正文】 《檢測(cè)技術(shù)與儀表》課程設(shè)計(jì)壓電傳感器及其應(yīng)用學(xué) 院： 信自院專 業(yè)： 自動(dòng)化年 級(jí)： 11級(jí)姓 名： 學(xué) 號(hào)：201110****指導(dǎo)教師： 許曉平昆明理工大學(xué)2013年 1月5日摘要壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)壓電材料。壓電式傳感器中用得最多的是屬于壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。關(guān)鍵詞：工作原理；組成結(jié)構(gòu)；測(cè)量原理圖；特性及參數(shù)選擇；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)目 錄第一章 引言 4 背景介紹 4 目的和意義 4第二章 壓電效應(yīng) 5 5 壓電方程 5 5 6 6 6 7第三章 壓電材料 8 石英晶體 8 新型壓電材料 8第四章 壓電傳感器的測(cè)量電路 9 壓電晶片的連接方式 9 壓電傳感器的等效電路 10 壓電式傳感器的測(cè)量電路 11（阻抗變換器） 12 13第五章 壓電傳感器及其應(yīng)用 15 基本應(yīng)用 15 加速度傳感器 15 16 16 17 17 實(shí)際案例分析 17 壓電傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 18 18參考文獻(xiàn) 19第一章 引言 背景介紹壓電陶瓷有屬于二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬于三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點(diǎn)是具有熱釋電性，會(huì)對(duì)力學(xué)量測(cè)量造成干擾。有機(jī)壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十余種高分子材料。有機(jī)壓電材料可大量生產(chǎn)和制成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有獨(dú)特的優(yōu)越性,是很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗娐暡牧稀?0年代以來發(fā)現(xiàn)了同時(shí)具有半導(dǎo)體特性和壓電特性的晶體，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以制成集敏感元件和電子線路于一體的新型壓電傳感器，很有發(fā)展前途。壓電式傳感器的應(yīng)用:壓電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、功耗小、壽命長(zhǎng)，特別是它具有良好的動(dòng)態(tài)特性，因此適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的沖擊力。 目的和意義課程設(shè)計(jì)是專業(yè)課《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表》課程教學(xué)中的重要組成環(huán)節(jié)，其目的是通過課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)得到鞏固，并使學(xué)生得到運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的初步認(rèn)識(shí)和鍛煉。掌握相關(guān)課題的資料收集、整理；方案的設(shè)計(jì)和對(duì)比；提高學(xué)生的分析、綜合能力以及工程設(shè)計(jì)中計(jì)算和繪圖的基本能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐作必要的準(zhǔn)備。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握相關(guān)傳感器或檢測(cè)儀表的原理、結(jié)構(gòu)及在工程中的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，在課程設(shè)計(jì)的過程中，能夠鍛煉同學(xué)們解決問題和分析問題的能力。在此基礎(chǔ)上，能夠?qū)λO(shè)計(jì)的傳感器或儀表得到更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)和了解，為以后學(xué)習(xí)更深的知識(shí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。第二章 壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。 壓電方程壓電材料的壓電性涉及到力學(xué)和電學(xué)之間的相互作用，而壓電方程就是描述晶體的力學(xué)量和電學(xué)量之間的相互關(guān)系的表達(dá)式。但是由于應(yīng)用狀態(tài)和測(cè)試條件的不同，壓電晶片（振子）可以處在不同的電學(xué)邊界條件和機(jī)械邊界條件下，即壓電方程的獨(dú)立變量可以任意選擇，所以根據(jù)機(jī)械自由和機(jī)械夾持的機(jī)械邊界條件與電學(xué)短路和電學(xué)開路的電學(xué)邊界條件，描述壓電材料的壓電效應(yīng)的方程共有4類，即d型、e型、g型、h型。四類邊界條件為
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