【正文】 反射 。 該電場可分解為垂直和水平兩個分量 ,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 。 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 。 ? 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) 。 壓電汞蒸氣探測器是在石英晶片的電極上沉積金膜 。常閉型是在振蕩器起振時 ,讓驅(qū)動器導(dǎo)通；常開型是在振蕩器起振時 ,讓驅(qū)動器截止 。 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 。彈丸一旦發(fā)射后 ,引信啟爆裝置即解除保險狀態(tài) ,開關(guān) S從 a處斷開與 b接通 ,處于待發(fā)狀態(tài)。 通常多采用較大壓電常數(shù)的材料或多個壓電片組合來提高靈敏度 。 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 。 C),熱惰性時間常數(shù)為 1s(在水中 )。 當(dāng)諧振器的直徑為 ,表面曲率半徑約為 125mm時 ,諧振頻率取 28MHz(三次諧波 ),可滿足上例要求 。 ? 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。 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 、 價格便宜等優(yōu)點 。 PVF2原料可制成薄膜、厚膜、管狀和粉狀等各種形狀。由于它是單晶體 ,所以時間穩(wěn)定性比壓電陶瓷的好得多。 但當(dāng)溫度超過 500 ℃ 時 ,d11值急劇下降 ,當(dāng)溫度達(dá)到 573℃ (居里點溫度 )時 ,石英晶體就完全失去壓電特性 。 ? 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 。 ? 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 。 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 。 ? 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)。 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 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 ,結(jié)構(gòu)如圖 (a)所示 。 ? 圖 (c)為彎曲式壓電加速度傳感器 。 采用石英晶片時也有采用四片晶片并聯(lián)的方式 。 ? 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 。 ? 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 ,傳感器的輸出電荷 (電壓 )與作用力成正比 。 此外 ,氧化鋅和氮化鋁等壓電薄膜已是當(dāng)今微波器件的關(guān)鍵材料 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 9 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 壓電材料 ? 石英晶體是最早應(yīng)用的壓電材料 ,至今石英仍是最重要的也是用量最大的振蕩器 、 諧振器和窄帶濾波器等元件的壓電材料 。 ? (3)選取應(yīng)力分量 Tk與電位移 Dj為獨立變量 ,得到 g型壓電方程 , 1 , 2 , 3, 1 , 2 , , 6Dh h k k j h jTi i k k i j jS s T g E i jE g T D h k?? ? ?? ? ? ? 式中 ,sDhk是恒電位移下的柔性常數(shù) ,或稱開路柔性常數(shù) 。 對于等溫情況需另加說明 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 3 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 晶體的壓電效應(yīng) (a)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 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 1 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 第 6章 壓電傳感器 ? 晶體的壓電效應(yīng) ? 壓電加速度傳感器 ? 壓電諧振式傳感器 ? 聲表面波傳感器 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 2 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 晶體的壓電效應(yīng) ? 晶體壓電效應(yīng)的說明 ? 當(dāng)某些晶體沿一定方向伸長或壓縮時 ,在其表面上會產(chǎn)生電荷 (束縛電荷 ),這種效應(yīng)稱為壓電效應(yīng) 。 圖 (b)中 ,另外一些晶體由于具有中心對稱的結(jié)構(gòu) ,無論外力如何作用 ,晶體正負(fù)電荷的中心總是重合在一起 ,因此這些晶體不會出現(xiàn)壓電效應(yīng) 。 下面的壓電方程假定均適合絕熱情況 。djh、 dik稱為壓電應(yīng)變常數(shù) ,簡稱壓電常數(shù) 。 由于晶體的對稱性 ,獨立的常數(shù)將有不同程度的減少 。另外 ,鈮酸鋰和鉭酸鋰大量用作聲表面波 (SAW)器件 。 當(dāng)待測物運(yùn)動時 ,支座與待測物以同一加速度運(yùn)動 ,壓電元件受到質(zhì)量塊與加速度相反方向的慣性力的作用 ,在晶體的兩個表面上產(chǎn)生交變電荷 (電壓 )。 靈敏度亦可用開路輸出電壓表示 ,因為 dQUC?? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 16 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 式中 ,Cd為晶片的低頻電容 (自由電容 ) 33TdACl??所以 3333Td lM aUA?? 取 a=g,即為靈敏度的電壓表示法 ,即一個 g時產(chǎn)生 的開路電壓 ,單位記為 V/g。 為便于裝配和增大電容量常用兩片極化方向相反的晶片 ,電學(xué)上并聯(lián)輸出 。 但是 ,由于壓電元件 、 金屬圓柱以及慣性質(zhì)量環(huán)之間粘結(jié)較難 ,裝配成功率較低 。表 基本結(jié)構(gòu)的加速度傳感器的一般性能 。 因此 ,當(dāng)考慮了壓電元件的絕緣電阻 Rd以后 ,完整的等效電路可表示成如圖 (a)和電壓等效電路 (b)。壓電傳感器與電荷放大器連接的等效電路如圖所示。 壓電傳感器的輸出信號經(jīng)過前置放大器的阻抗變換和放大后 ,就可以采用一般的放大 、 檢波指示或通過功率放大至記錄和數(shù)據(jù)處理設(shè)備 。 壓電晶體諧振器常采用厚度切變振動模式 AT切或 BT切型的石英晶體制作 。 壓電陶瓷除具有壓電性外 ,還具有熱釋電性 （ 這一特性在 進(jìn)行了討論 ） 。 在 20～ 200 ℃ 范圍內(nèi) ,溫度每升高 1 ℃ ,壓電常數(shù)僅減小 %,溫度上升到 400 ℃ , 壓電常數(shù) d11也只減小 5%。為得到單疇結(jié)構(gòu) ,需作單疇化（即極化）處理 ,使其具有壓電效應(yīng)。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 55 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 聚偏二氟乙烯（ PVF2）是有機(jī)高分子半晶態(tài)聚合物 ,結(jié)晶度約 50%。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 56 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? PVF2壓電薄膜的壓電靈敏度極高 ,比 PZT壓電陶瓷大 17倍 ,且在 105Hz～ 500MHz頻率范圍內(nèi)具有平坦的響應(yīng)特性 。 可根據(jù)對頻率溫度系數(shù)的要求加以選擇 。 24′的平凸透鏡形諧振器 。 C(0~100176。眾所周知 ,振動存在于所有具有動力設(shè)備的各種工程或裝置中 ,并成為這些工程設(shè)備的工作故障源以及工作情況監(jiān)測信號源 。 但質(zhì)量增大將引起傳感器固有頻率下降 ,頻寬減小 ,且體積 、 重量增加 。平時 ,電雷管 E處于短路保險安全狀態(tài) ,壓電元件即使受壓 ,其產(chǎn)生的電荷也會通過電阻 R泄放掉 ,不會使電雷管動作。 ? 進(jìn)入整流器的振蕩信號經(jīng)整流器整流 ,再經(jīng) R R8分壓及 C3濾波后 ,得到一穩(wěn)定的直流電壓加在由 IC2構(gòu)成的電壓比較器的同相端 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 74 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 這種系統(tǒng)可方便地做成常閉型和常開型兩種形式 。 由上式可知 ,如使晶片的涂層具有吸附某種氣體成分的功能 ,則可通過測量共振頻率的變化 ,得知該氣體成分是多少 。 兩片壓電陶瓷晶片 ,一片激勵叉臂產(chǎn)生振蕩 ,另一片接收信號 。m－3? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 84 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 聲表面波傳感器 ? SAW傳感器的基本原理 ? SAW傳感器的基本原理是 ,在壓電材料表面形成叉指換能器 ,構(gòu)成 SAW振蕩器或諧振器 ,適當(dāng)設(shè)計 SAW振蕩器或諧振器 ,使其對微細(xì)的待測量敏感 。 當(dāng)用作發(fā)射換能器時 ,在電極上施加適當(dāng)頻率的交變電信號 ,壓電基片內(nèi)的電場分布如圖(a)所示 。 柵格反射器是在壓電基片表面上設(shè)置的柵陣和溝槽等 ,其聲阻抗不連續(xù) 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 93 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 (a)