【正文】 kg ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 85 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? ? SAW的發(fā)射和接收是靠 SAW叉指換能器來實(shí)現(xiàn)的 。 IDT是可逆的 ,既可用作發(fā)射換能器 ,用來激勵 SAW,又可用作接收換能器 ,用來接收 SAW。 由發(fā)射換能器發(fā)射的表面波經(jīng)媒質(zhì)延遲被接收換能器接收 。 通常相應(yīng)的延遲相移 ωl/vφE,所以 ,起振的相位條件可寫為 2l nv? ?? () ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 92 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 3. SAW諧振器 ? SAW諧振器由 IDT和柵格反射器組成 。 如果按某種方式從腔體中取出能量 ,便可得到諧振器 ,類似體波振子的諧振狀態(tài) 。 雙端對又有兩種結(jié)構(gòu) ,如圖 ， 即 IDT置于兩端的內(nèi)腔式 (圖 (a))和 IDT置于中間的外腔式 (圖 (b))。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 96 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 SAW壓力傳感器原理結(jié)構(gòu) 放 大 器壓力 ( p )f ( p )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 97 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 圖 SAW壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖 。 用 SAW諧振器代替延遲線構(gòu)成。 為了得到高靈敏度 ,傳播基片做得很薄 ,并且兩面拋光 ,從而提高耐壓強(qiáng)度 。 (b)單端對 ( b )( a )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 94 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 雙端對的兩種結(jié)構(gòu) ( a ) ( b )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 95 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 SAW壓力傳感器 ? 圖 SAW壓力傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖 。 它們的區(qū)別是 ,單端對僅有一IDT同時(shí)負(fù)擔(dān)發(fā)送和接收信號 。 當(dāng)表面波在基片上傳播時(shí) ,在聲阻抗不連續(xù)區(qū) (反射器 )產(chǎn)生相干反射 。 當(dāng)放大器的增益可以補(bǔ)償延遲線的損耗同時(shí)又滿足一定的相位條件時(shí) ,振蕩器就可以起振 。 該電場可分解為垂直和水平兩個(gè)分量 ,可近似為橫場模等效 （ 圖(b)） 或縱場模等效 （ 圖 (c)） ,視壓電材料和切割方法的不同 ,選取其一 。 這些電極條互相交叉配置 ,兩端由匯流條連接在一起 ,其形狀如同交叉平放的兩排手指 ,故稱為叉指電極 ,該種換能器稱為叉指換能器（ InterdigitalTransducer,簡稱 IDT)。 一般是使待測量作用 SAW的傳播路徑 ,引起 SAW的傳播速度發(fā)生變化 ,從而使振蕩頻率發(fā)生變化 ,通過頻率的變化檢測待測量 。 測量的七種液體 (蒸餾水及六種不同配比的乙醇與水和丙三醇與水 )密度與頻率的關(guān)系 ,如圖 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 80 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 81 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 流過音叉液體密度的微小變化 ,會導(dǎo)致音叉共振頻率發(fā)生變化 ,關(guān)系式為 2A Bf? ??式中 ,ρ為液體密度 ,f為共振頻率 ,A、 B為定標(biāo)系數(shù) 。 實(shí)驗(yàn)表明 ,空氣中汞濃度在 3ppb以下或吸附汞量在 246ng以下 ,頻率變化是線性的 ， 如圖 。 壓電汞蒸氣探測器是在石英晶片的電極上沉積金膜 。消除這種接地回路噪聲信號的有效辦法是整個(gè)測量系統(tǒng)在一點(diǎn)接地 ,如圖所示。常閉型是在振蕩器起振時(shí) ,讓驅(qū)動器導(dǎo)通；常開型是在振蕩器起振時(shí) ,讓驅(qū)動器截止 。 ? 當(dāng)物料升高接觸到壓電晶體時(shí) , 振蕩器停振 ,電壓比較器同相端相對于參考電壓變?yōu)榈碗娖?,電壓比較器輸出低電平 , V截止 ,負(fù)載中無電流流過。 在電壓比較器的反相端加有由 R R10和 Rw分壓器分壓的參考電壓 。振蕩器是由運(yùn)算放大器 IC1和外圍 RC組成的一種常用自激方波振蕩器。彈丸一旦發(fā)射后 ,引信啟爆裝置即解除保險(xiǎn)狀態(tài) ,開關(guān) S從 a處斷開與 b接通 ,處于待發(fā)狀態(tài)。整個(gè)引信由壓電元件和啟爆裝置兩部分組成。 通常多采用較大壓電常數(shù)的材料或多個(gè)壓電片組合來提高靈敏度 。 通常 ,這種傳感器輸出 q與輸入加速度成正比 ,因此 ,就不難求出加速度 a。 目前 ,對這種振動的監(jiān)控 、 檢測 ,多數(shù)采用壓電加速度傳感器 。 如果采用一個(gè)傳感器測溫 ,傳感器相應(yīng)的熱敏振蕩信號與基準(zhǔn)振蕩器十倍頻后的信號混頻后輸出 ,輸出值除以 1000Hz/176。 C),熱惰性時(shí)間常數(shù)為 1s(在水中 )。 其他性能指標(biāo)為 :分辨率 176。 當(dāng)諧振器的直徑為 ,表面曲率半徑約為 125mm時(shí) ,諧振頻率取 28MHz(三次諧波 ),可滿足上例要求 。 C, 如果晶體的頻率溫度系數(shù)為 106176。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 60 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 可根據(jù)溫度每變化 1176。 C。 此外 ,它還有機(jī)械強(qiáng)度高 、 柔軟 、 不脆 、 耐沖擊 、 易加工成大面積元件和陣列元件 、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) 。 β晶型的碳 氟偶極矩在垂直分子鏈取向 ,形成自發(fā)極化強(qiáng)度。 PVF2原料可制成薄膜、厚膜、管狀和粉狀等各種形狀。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 53 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 新型壓電材料 ? 1. 壓電半導(dǎo)體 ? 壓電半導(dǎo)體材料有硫化鋅 （ ZnS） 、 碲化鎘 （ CdTe ） 、 氧化鋅 （ ZnO ） 、 硫化鎘（ CdS） 、 碲化鋅 （ ZnTe） 和砷化鎵 （ GaAs） 等 。由于它是單晶體 ,所以時(shí)間穩(wěn)定性比壓電陶瓷的好得多。 ? 在壓電材料中 ,除常用的石英晶體和 PZT壓電陶瓷外 ,人工制造的鈮酸鋰（ LiNbO3）單晶可稱得上是一種性能良好的壓電材料。 但當(dāng)溫度超過 500 ℃ 時(shí) ,d11值急劇下降 ,當(dāng)溫度達(dá)到 573℃ (居里點(diǎn)溫度 )時(shí) ,石英晶體就完全失去壓電特性 。 由于鋯鈦酸鉛壓電陶瓷在壓電性能和溫度穩(wěn)定性等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鈦酸鋇壓電陶瓷 ,因此 , 它是目前最普遍使用的一種壓電材料 。 ? 常用的一種壓電陶瓷是鈦酸鋇 ,它的壓電常數(shù) d33要比石英晶體的壓電常數(shù) d11大幾十倍 ,且介電常數(shù)和體電阻率也都比較高 。 ） 切型 ,表示晶片的厚度方向與 Y軸平行 ,晶片面與 Y軸垂直 ,不繞任何坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn) ,簡稱 Y切 ,如圖 6. 9（ b） 所示 ,等等 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 47 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 石英晶體在 XYZ直角坐標(biāo)中 ,沿不同方位進(jìn)行切割 ,可得到不同的幾何切型 ,而不同切型的晶片其壓電常數(shù) 、 彈性常數(shù) 、 介電常數(shù) 、 溫度特性等參數(shù)都不一樣 。另一種是電荷放大器 ,其輸出電壓與輸入電荷成比例。 前置放大器應(yīng)距傳感器盡量近 ,常將其與傳感器裝配在一起 ,或集成在一起 。壓電傳感器配用電荷放大器時(shí) ,低頻響應(yīng)比配用電壓放大器要好得多 ,可以實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)靜態(tài)的物理量進(jìn)行測量 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 42 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 fSC CqU ??? 觀察上式 ,可以發(fā)現(xiàn)： 電荷放大器的 Usc與 q成正比；電荷放大器的 Usc與電纜電容 Cc無關(guān)。圖 （ b）為圖 (a)的簡化電路。 這兩種等效電路是完全等效的 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 31 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電加速度傳感器的等效電路 (a)等效電荷源 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 26 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 表 加速度傳感器的一般性能 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 27 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 計(jì)算舉例 :一 96%鈦酸鋇 ,4%鈦酸鉛的混合壓電陶瓷作壓電元件的加速度計(jì) ,結(jié)構(gòu)如圖 (a)所示 。 彎曲式壓電加速度傳感器固有共振頻率低 ,靈敏度高 ,適用于低頻測量 。 ? 圖 (c)為彎曲式壓電加速度傳感器 。如果傳感器感受向下的運(yùn)動 ,則壓電元件內(nèi)外表面上的電荷極性相反 。 采用石英晶片時(shí)也有采用四片晶片并聯(lián)的方式 。 則固有頻率 33A E AkS l l??12nkfM??? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 18 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu) ? 圖 (a)為常用的壓縮式壓電加速度傳感器 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 17 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 由上面的靈敏度公式可見 ,在低頻時(shí)靈敏度是一常數(shù) ,它和壓電常數(shù)成正比 ,和質(zhì)量塊的質(zhì)量成正比 。 由 于作用力沿著 z方向 ,故這時(shí)只有 T3不等于零 ,其平均值為 3 3 3 33 3 31()2D d TQ D A d M m a?? ? ?? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 15 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 式中 ,A為晶片電極面面積 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 11 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 當(dāng)振動頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有共振頻率時(shí) ,傳感器的輸出電荷 (電壓 )與作用力成正比 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 10 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式