【正文】 23:38:2423:38:2423:383/29/2023 11:38:24 PM1越是沒有本 領(lǐng) 的就越加自命不凡。 23:38:2423:38:2423:38Monday, March 29, 20231乍 見 翻疑夢，相悲各 問 年。機(jī)電與耦合變換 上述的機(jī)電模擬是單獨用電系統(tǒng)模擬機(jī)械系統(tǒng)而傳感器不單是機(jī)或電，而是機(jī)電耦合系統(tǒng)。 該 模型 為 空 間層 次化 結(jié) 構(gòu)，最外 層 各 結(jié) 點 為 示 強(qiáng) 變量（廣 義 力），內(nèi) 層結(jié) 點 為 示容 變 量（廣 義 位移）。當(dāng)右 邊 第 1和 3項 及以后各 項 的自 變 量矩 陣為 零或恒定 時 ， 則 式（ 2－ 24）～（ 2－ 27）分 別 表示 為 正 壓電效 應(yīng) ，逆 壓電 效 應(yīng) ，以及前兩者的反向 壓電 效 應(yīng) 。 由上式可以看出，外界 對 晶體 產(chǎn) 生任何 擾動 ，晶體內(nèi)能和可作功的自由能都將 發(fā) 生 變 化。另外，為說明簡捷起見，上述公式均在一次近似情況下列寫的，不考慮二次項以上的高次項的影響，即將任意兩參量的耦合關(guān)系控制在線性范圍之內(nèi)。光的電磁波性質(zhì)主要體現(xiàn)在光的傳播特性上。 其中 為 短路柔 順 常數(shù)矩 陣 （ 6 6）， 為開路柔順常數(shù)矩陣（ 66）， d為壓電應(yīng)變常數(shù)（通常稱為壓電常數(shù)）矩陣（ 36）， 為 自由介 電 常數(shù) （ 33 ）， 為夾持介電常數(shù)矩陣（ 33 ）， 為短路剛度常數(shù)矩陣 （ 6 6） ， 為開路剛 度常數(shù)矩陣（ 6?6）， e為壓電應(yīng)力常數(shù)矩陣（ 3?6）， g為壓電電壓常數(shù)矩陣（ 3?6）， ?T為 自由介 電 隔離率矩陣 （ 3?3）， ?S為夾 持介 電 隔離率矩 陣 （ 3?3）， h為壓電剛 度常數(shù)矩 陣 （ 3?6）。將這種關(guān)系采用圖形進(jìn)行描述的是 1925年 三角形模型，見圖 2－ 12，成為三種能量物性效應(yīng)（）模型 。壓電效應(yīng)與電磁效應(yīng)的相關(guān)性，根據(jù)以下的能量（熱平衡）守恒和麥克斯韋關(guān)系式也可說明。 又如電感式位移傳感器合執(zhí)行器也是如圖 211所示，相應(yīng)的可逆?zhèn)鬟f矩陣如式（ 216）所示。一般常用的多是按工作原理和使用要求（被 測 量）分 類 或者將兩者合起來 進(jìn) 行 綜 合分 類 。在傳感器中直接感受被測物理量部分叫做敏感元件。現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器工程學(xué)工程學(xué)主講：孫寶元主講：孫寶元“ 現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器（ SA）工程學(xué) ” 目錄與編寫大綱 l 第一篇第一篇 總論總論 l 第一章 ” （ QJ3081標(biāo)準(zhǔn)） “ 能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。 按結(jié)構(gòu)、材料分類： 按使用要求（被測量）分類： l 執(zhí)行器的分類 象傳感器一樣，執(zhí)行器也可以按照能源種類、工作機(jī)理（作用原理）、使用要求、技術(shù)水平等進(jìn)行分類的。 (216) 式中－激磁電流， L－電感， d－磁隙。 三角形外層各頂點（ T、 E、 Q）為示強(qiáng)變量，即自變量，亦稱集中變量、約束變量、強(qiáng)度變量、廣義力等；與之相對應(yīng)的內(nèi)層各頂點（ S、 D、 S*）為示容變量，即因變量，亦稱廣延變量、響應(yīng)變量、式量變量、廣義位移等。 d‘ 為 逆 壓電 常數(shù)矩 陣 。所以 在物性效應(yīng)的模型中，光的示強(qiáng)變量與示容變量應(yīng)以光的粒子性為主，光的電磁波性質(zhì)只能作為輔助因素考慮。這種方程被稱為一階效應(yīng)方程，因而可以認(rèn)為它們是在平衡附近的 Taylor展開式的一次項。同 時 ，相關(guān)參量也將 發(fā) 生 變 化。 除機(jī) 電 耦合關(guān)系式外，其它能量 間 的耦合關(guān)系式也可以如上式同 樣 列寫。可分 別 構(gòu)成主效 應(yīng) 、交叉效 應(yīng) 、平行效 應(yīng) 等一次效 應(yīng) ，若向內(nèi) 層擴(kuò) 展也可以描述二次、三次 … 效 應(yīng) 。 （ 1）基本兩通道方程 采用分析電路的四端網(wǎng)絡(luò)，輸入為力 f和速度 v，輸出為電壓 u和電流 i。 三月 21三月 2123:38:2423:38:24March 29, 20231他 鄉(xiāng) 生白 發(fā) ，舊國 見 青山。 三月 2123:38:2423:38Mar2129Mar211越是無能的人，越喜 歡 挑剔 別 人的 錯 兒。 三月 21三月 21Monday, March 29, 2023 閱讀 一切好 書 如同和 過 去最杰出的人 談話 。 三月 2123:38:2423:38Mar2129Mar211故人江海 別 ，幾度隔山川。l 同 時 ，從 熱 力學(xué)地角度也能全面地反映晶體物性參量地宏 觀規(guī) 律。其系數(shù)矩 陣 分 別為 介 電 系數(shù)，介 電 隔離系數(shù)， 彈 性 剛 度系數(shù)， 彈 性柔 順系數(shù)。 PV－聲能， P為 有效聲 壓 （示 強(qiáng) 變 量，廣 義 力）， V有效 質(zhì) 點速度（示容 變 量，廣 義 位移）； q， r＝ 1， 2， 3； 當(dāng) ＝ 0時，則物質(zhì)內(nèi)能 （ 2－ 22） 當(dāng)晶體受到外界某種擾動時，上式可用微分形式表示出來，即 （ 2－ 23） 式中： 為勢函數(shù)的共軛參量，當(dāng)自變量 為廣義位移時， 前的符號取 “+” ，當(dāng)為 廣義力時，則取 “” 。即 熱力學(xué)主效應(yīng)： S*=cθ ， c熱容量 力學(xué)主效應(yīng)： Sj=sjiTI ,s柔順系數(shù) 電學(xué)主效應(yīng)： Dl=ε lkEk ,ε 介電常數(shù)，即極化率張量 磁學(xué)主效應(yīng)： Bn=?nmHm ,? 磁導(dǎo)率 其余各參量之間的耦合關(guān)系（圖中用細(xì)實線所示）為交叉效應(yīng)，用矩陣形式可表示如下表 21（公式中下標(biāo)同上）：表 21 交叉效應(yīng)矩陣表達(dá)式一覽表 β— 壓磁常數(shù)矩陣， q— 熱磁常數(shù)矩陣 , m— 磁介電系數(shù)矩陣， d— 壓電系數(shù)矩陣， p— 熱電系數(shù)矩陣， α— 熱膨脹矩陣 上述效應(yīng)表達(dá)式是有嚴(yán)格邊界條件的，即式中所取的自變量與應(yīng)變量是唯一的，其它一切與之耦合的參量均視為常量或零。實際上，許多研究已表明：光在物質(zhì)相互作用中主要起作用的是光量子的能量，而不是光的電磁波能量（即使有也是很微弱）。 對 于具體的 傳 感器和 執(zhí) 行器的研究，是多 變 量的 問題 ，仍然很繁 瑣 ，所以根據(jù) 實際 需要和可能， 設(shè) 定四個 邊 界條件： ① 機(jī)械自由② 機(jī)械 夾 持 ③ 電 學(xué)短路 ④ 電 學(xué)開路，在 這 種情況下，本構(gòu)方程一個因 變 量只與兩個自 變 量相 對應(yīng) ，共 給 四 組方程，以矩 陣 形式表示如下： 約束條件（邊界條件） 機(jī)械自由 (1a) 電學(xué)短路 (1b) 機(jī)械夾持 (2a) （ 218） 電 學(xué)短路 (2b) 機(jī)械自由 (3a) 電學(xué)開路 (3b) 機(jī)械夾持 (4a) 電學(xué)開路 (4b) 式中： E和 D是一階張量， T和 S是二階張量并可以轉(zhuǎn)化為六階矢量：故式中的兩個變量之間的系數(shù)矩陣分別為 33 ， 36 ， 66 對稱或外對稱矩陣。三種能量的物理參量間的耦合關(guān)系反映出各種物理效應(yīng)。同理，壓電效應(yīng)也應(yīng)存在二次、三次 … 感生效應(yīng)。反過來，如果輸入為 E時，利用逆壓電效應(yīng)，則輸出為或位移，則為執(zhí)行器。其中物性型 傳 感器又可按物性效應(yīng) 再分 類 …… 。 “ 為測量目的將感受到的物理量（一般為非電量）按照相應(yīng)的關(guān)系轉(zhuǎn)化成另一種物理量（一般為電量）輸出的裝置叫傳感器?，F(xiàn) 代 傳 感器與 執(zhí) 行器 (以下 簡 稱 S