【正文】 iversity 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 四川綿陽(yáng)科學(xué)城金橋傳感器廠生產(chǎn)的壓電加速度傳感器產(chǎn)品系列 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 20 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 四川綿陽(yáng)科學(xué)城金橋傳感器廠生產(chǎn)的微型三軸向壓電加速度傳感器 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 21 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 中南大學(xué)電子設(shè)備廠生產(chǎn)的 YD1系列壓電壓力傳感器 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 22 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 振動(dòng)沖擊加速度傳感器 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 23 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電片 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 24 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 圖 (b)是剪切式壓電加速度傳感器 ,采用剪切應(yīng)力實(shí)現(xiàn)壓電轉(zhuǎn)換 。 在較高的頻率下該公式不適用 ,特別到傳感器的固有共振頻率附近 ,靈敏度急劇變化 (增大 ),該公式一般在傳感器固有共振頻率的 1/2~1/5以下使用 。 電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大 ,即可由一般測(cè)量?jī)x器測(cè)試出電荷 (電壓 )大小 ,從而得知物體的加速度 。 ? 壓電單晶和壓電陶瓷都是脆性材料 。 隨著壓電傳感器的大量應(yīng)用 ,在石英之后研制出了許多人造晶體 ,如 ADP、 KDP、 EDT、 DKT和 LH等壓電單晶體 。βTij是恒應(yīng)力下介電隔離率 ,也稱(chēng)自由介電隔離率 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 5 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 在電場(chǎng)強(qiáng)度 、 電位移和應(yīng)力 、 應(yīng)變這四組變量中 ,可以任選一組力學(xué)量和一組電學(xué)量作自變量 ,這就有四種情況 ,有四組壓電方程 。(b)不具有壓電效應(yīng)的晶體 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 4 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電方程 ? 晶體的壓電效應(yīng)是一種力電耦合效應(yīng) 。 晶體的這一性質(zhì)稱(chēng)為壓電性 。 一些晶體當(dāng)不受外力作用時(shí) ,晶體的正負(fù)電荷中心相重合 ,單位體積中的電矩 (即極化強(qiáng)度 )等于零 ,晶體對(duì)外不呈現(xiàn)極性 ,而在外力作用下晶體形變時(shí) ,正負(fù)電荷的中心發(fā)生分離 ,這時(shí)單位體積的電矩不再等于零 ,晶體表現(xiàn)出極性 。 但對(duì)于較快的變化 ,例如聲頻或更高的頻率 ,可認(rèn)為是等熵(絕熱 )過(guò)程 。εTij是恒應(yīng)力下的介電常數(shù) ,也稱(chēng)自由介電常數(shù) 。 在壓電方程中 ,彈性常數(shù) 、 柔性常數(shù)各有 36個(gè) ,壓電常數(shù)有 18個(gè) ,介電常數(shù) 、 介電隔離率各有 9個(gè) 。 當(dāng)前常用的壓電陶瓷是鋯鈦酸鉛 (PZT)。 支座與待測(cè)物剛性地固定在一起 。 上式為靈敏度的電荷表示法 。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,裝配較為方便 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 25 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 剪切式壓電傳感器容易小型化 ,有很高的固有頻率 ,所以頻響范圍寬 ,適于測(cè)量高頻振動(dòng) 。 ? 采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選用不同性能的壓電材料 ,可以得到滿足各種使用要求的壓電加速度傳感器。 這樣在等效電路中就必須將前置放大器的輸入電阻 Ri、 輸入電容 Ci,以及低噪聲電纜的電容 Cc包括進(jìn)去 。 ? ])(a r c t a n [2 RCCC icd ???? ???() ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 41 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 2. 電荷放大器 電荷放大器是一個(gè)具有反饋電容 Cf的高增益運(yùn)算放大器。 前置放大器的主要作用是將壓電傳感器的高阻抗輸出變換成低阻抗輸出 ,也起放大弱信號(hào)的作用 。而使用電荷放大器時(shí) ,電纜長(zhǎng)度變化的影響差不多可以忽略不計(jì) ,允許使用很長(zhǎng)的電纜 ,但它與電壓放大器比較 ,價(jià)格要高得多 ,電路也比較復(fù)雜 ,調(diào)整又比較困難 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 46 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電諧振式傳感器 ? 石英晶體諧振式溫度傳感器 ? ? 壓電諧振式傳感器是利用壓電晶體諧振器的共振頻率隨被測(cè)物理量變化而變化進(jìn)行測(cè)量的 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 48 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 49 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 壓電陶瓷的特點(diǎn)是： 壓電常數(shù)大 ,靈敏度高；制造工藝成熟 ,可通過(guò)合理配方和摻雜等人工控制方法來(lái)達(dá)到所要求的性能；成形工藝性好 ,成本低廉 ,利于廣泛應(yīng)用 。 它不需要人工極化處理 ,沒(méi)有熱釋電效應(yīng) ,介電常數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好 ,在常溫范圍內(nèi) ,這兩個(gè)參數(shù)幾乎不隨溫度變化 。它是單晶但不是單疇結(jié)構(gòu)。 因此 ,既可用其壓電特性研制傳感器 ,又可用其半導(dǎo)體特性制作電子器件；也可以兩者結(jié)合 ,集敏感元件與電子線路于一體 ,研制新型集成壓電傳感器測(cè)試 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 54 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 2. 有機(jī)高分子壓電材料 ? 某些合成高分子聚合物（如聚氟乙烯（ PVF）、聚偏二氟乙烯（ PVF2）、聚氯乙烯（ PVC）等） ,經(jīng)延展拉伸和電極化后可形成具有壓電性高分子的壓電材料。當(dāng)薄膜受外力作用時(shí) ,剩余極化強(qiáng)度改變 ,薄膜呈現(xiàn)出壓電效應(yīng)。 C。 10′/9176。 C,溫度頻率特性的非線性為 176。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 64 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 測(cè)溫儀電路框圖 熱敏振 蕩 器熱敏振 蕩 器選擇開(kāi)關(guān)混 頻 器 計(jì) 數(shù) 器 1 0基準(zhǔn)振 蕩 器分 頻 器 門(mén)T2T1T1－ T210－ 210－ 310－ 4測(cè) 量 方 式 分 辨 能 力 ( ℃ )符號(hào)顯示進(jìn) 入 數(shù) 字 顯 示 器＋－差拍輸出數(shù)字輸出f ( T1) 或 f ( T2) f ( T2) 或 f0 1 0 f ( T2)≈ 2 8 M H z2 . 8 M H z f ( T1) ≈ 2 8 M H zT1T2f0? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 65 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 振動(dòng)和檢測(cè) ? 振動(dòng)的監(jiān)控 、 檢測(cè)是壓電傳感器應(yīng)用的典型 。 ? 由這個(gè)公式可見(jiàn) ,通過(guò)選用較大的 m和 d就能提高靈敏度 。壓電引信的原理電路如圖所示。振蕩器的振蕩頻率是壓電晶體的自振頻率 ,振蕩信號(hào)經(jīng) C2耦合到整流器。該系統(tǒng)實(shí)際上可起到料位開(kāi)關(guān)的作用。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 75 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 壓電傳感器實(shí)際應(yīng)用中一點(diǎn)接地示意圖 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 76 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 壓電汞蒸氣探測(cè)器 ? 石英晶片的共振頻率 f因附加到其上的質(zhì)量的增減而變化 ,即 622 .3 1 0 mffA?? ? ? ? 式中 ,Δf是共振頻率的變化 (Hz),Δm是涂層吸附的附加質(zhì)量 (g),A是涂層面積 (cm2)。 音叉由不銹鋼管制作 ,其 Q值高達(dá) 800,接近一般音叉 ,可滿足檢測(cè)共振頻率微小變化的需要 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 82 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 測(cè)量系統(tǒng)的方塊圖 A / D 變 換 器微 型 計(jì) 算 機(jī)頻 率 發(fā) 生 器顯 示 器 傳 感 器? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 83 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 6 0 5 6 1 0 6 1 5 6 2 0 6 2 5 6 3 05 0 01 0 0 01 5 0 0f / H z? / kg IDT是可逆的 ,既可用作發(fā)射換能器 ,用來(lái)激勵(lì) SAW,又可用作接收換能器 ,用來(lái)接收 SAW。 通常相應(yīng)的延遲相移 ωl/vφE,所以 ,起振的相位條件可寫(xiě)為 2l nv? ?? () ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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 。 雙端對(duì)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))。 用 SAW諧振器代替延遲線構(gòu)成。 (b)單端對(duì) ( b )( a )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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(duì)的兩種結(jié)構(gòu) ( a ) ( b )? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級(jí) ? 第三級(jí) ? 第四級(jí) ? 第五級(jí) 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 。 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