壓電傳感器ppt課件(2)(存儲版)
【正文】 基座及外殼等組成 。當(dāng)玻璃遭暴力打碎的瞬間，壓電薄膜感受到劇烈振動，表面產(chǎn)生電荷 Q ，在兩個輸出引腳之間產(chǎn)生窄脈沖報警信號。在順流和逆流的情況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。 82 壓電陶瓷位移器 壓電陶瓷超聲換能器 壓電加速度計 。 如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收的聲頻信號即為超聲波，這樣的換能器稱為壓電超聲換能器。 72 ? 將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時會發(fā)出的振動，并將電壓信號傳送給集中報警系統(tǒng)。 典型應(yīng)用：機床動態(tài)切削力的測量。 由于運算放大器輸入阻抗極高 ， 放大器輸入端幾乎沒有分流 ， 故可略去 Ra和 Ri并聯(lián)電阻 。 一是用電阻反饋的 電壓放大器 ，其輸出電壓與輸入電壓 (即傳感器的輸出 )成正比； 前置放大器電路有兩種形式： 56 AuoCiRiCeReCaua( a )CRCauaui( b )（阻抗變換器） 壓電傳感器接放大器的等效電路 （ a） 放大器電路 。 U Ca Ra Cc Ri Ci 壓電傳感器產(chǎn)生的 電荷很少 ， 信號微弱 ，而自身又要有 極高的絕緣電阻 ，因此需經(jīng) 測量電路 進行 阻抗變換和 信號放大 ，且要求 測量電路輸入端 必須有 足夠高的阻抗 和 較小的分布電容 ，以防止電荷迅速泄漏，電荷泄漏將引起測量誤差。這時它相當(dāng)于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為 0raSSChh?????式中， 為真空介電常數(shù) 。 它的壓電系數(shù)約為石英的 50倍 ， 但居里點溫度只有 115℃ ， 使用溫度不超過 70℃ ， 溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英 。 放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系 33q d F??41 若在片上加一個與極化方向相同的電場，電場的作用使極化強度增大。這些自由電荷與陶瓷片 內(nèi)的束縛電荷符號相反 而數(shù)量相等，它屏蔽和 抵消了陶瓷片內(nèi)極化強 度對外界的作用。 材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的 電疇 ， 它有一定的極化方向 ， 從而存在電場 。這就表明，在沿z(即光軸 )方向的力 Fz 作用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 因為 P = qL（ q為電荷量， L為 正負(fù)電荷之間的距離），此時 正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩 的矢量和等于零，即 P1+P2+P3＝ 0 所以晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。沿相對兩棱加力時，則產(chǎn)生 切向效應(yīng) 。Ti） O3系壓電陶瓷 （ PZT） 壓電系數(shù)較高 ， 各項機電參數(shù)隨溫度 、 時間等外界條件的 變化小 ， 在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素 ， 可以獲得不 同性能的 PZT材料 。 壓電材料的主要特性參數(shù) ③ 介電常數(shù) : 對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有 電容與介電常數(shù)有關(guān) ② 彈性常數(shù) : 壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器 件的固有頻率和動態(tài)特性。第 5章 壓電式傳感器 壓電效應(yīng)及壓電材料 壓電式傳感器等效電路及測量電路 壓電式傳感器的應(yīng)用 2 某些物質(zhì)沿 某一方向 受到外力作用時，會產(chǎn)生 變形 ，同時其內(nèi)部產(chǎn)生 極化 現(xiàn)象，此時在這種 材料的兩個表面產(chǎn)生符號相反的 電荷 ，當(dāng)外力 去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種 現(xiàn)象被稱為 壓電效應(yīng) 。 5 壓電材料的分類 壓電材料 壓電半導(dǎo)體 有機高分子壓電材料 壓電晶體 壓電材料 壓電陶瓷 新型壓電材料 6 ① 壓電常數(shù) : 壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù) ， 它直接關(guān)系到壓電輸出靈敏度 。 （ 2） 鋯鈦酸鉛 Pb（ Zr通常把沿電軸 (X軸 )方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為 縱向壓電效應(yīng) ，把沿機械軸 (Y軸 )方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為 橫向壓電效應(yīng) ，沿光軸 (Z軸 )方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 如圖所示 。 26 晶體在 z軸方向受力 Fz的作用時，因為晶體沿 x方向和沿 y方向所產(chǎn)生的正應(yīng)變完全相同，所以，正、負(fù)電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。 34 壓電陶瓷的壓電特性 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料 。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來自外界的自由電荷。 這種因受力而產(chǎn)生的由機械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。 它是由碳酸鋇和二氧化鈦按 1∶ 1摩爾分子比例混合后燒結(jié)而成的 。 49 壓電式傳感器的等效電路 壓電傳感器在受外力作用時，在兩個電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。 52 Q Ca Ra Cc Ri Ci 177。 由于電荷放大器電路的電纜長度變化的影響不大，幾乎 可以忽略不計，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。 64 電荷放大器等效電路 電荷放大器常作為壓電傳感器的輸入電路 ， 由一個反饋電容 CF和高增益運算放大器構(gòu)成 。 該傳感器的測力范圍為 05000N， 最小分辨率為 N， 固有頻率為 5060 kHz， 整個傳感器重為 10 g。因此，測得加速度傳感器輸出的電荷便可知加速度的大小。這時的聲傳感器就是聲頻信號接收器。所以，換能器 S2是聲頻信號接收器。 壓電式流量計 78 壓電式傳感器在測漏中的應(yīng)用 A B O點 LA LB 地 面 L 如果地
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