力與壓力的檢測ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-08 10:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 大，工藝性強(qiáng)，制造成本低。多用于一般要求的測量。 ? 高分子壓電材料： 有機(jī)聚合物的鐵電體加工而成的壓電薄膜是一種柔性薄膜壓電新材料，常用的有：聚偏氟乙烯 (PVF2或 PVDF)等適于特殊表面形狀上的測力，是一種很有前途的壓電材料。多用于定性測量。 天然晶體性能穩(wěn)定、機(jī)械性能好 ； 人造 晶體的靈敏度較高應(yīng)用領(lǐng)域不同 ； 壓電陶瓷 和壓電薄膜等人造壓電材料需作極化處理后才具有壓電性能，人造壓電材料在高壓電場下放置數(shù)小時(shí)，使內(nèi)部晶體整齊排列，只有通過極化處理，這種材料才能實(shí)際應(yīng)用。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 壓電片在某特定平面上所產(chǎn)生的電荷量可由下式?jīng)Q定 Q=dF=dKε Q —— 在某特定面上產(chǎn)生的電荷量； d—— 壓電常數(shù)，與壓電片材料、切片方向以及受力方向及性質(zhì) (正應(yīng)力或切應(yīng)力 )、在何平面上測量電荷等因素有關(guān) (有專用表格可查找 )； K —— 壓電片的剛度； ε—— 壓電片的變形量。 壓電晶體在受力變形后所產(chǎn)生的電荷量極其微弱，壓電片本身的內(nèi)阻很大，壓電片輸出的功率極為微弱。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機(jī)理 石英的晶體結(jié)構(gòu)為六方晶體系，化學(xué)式為 SiO2 定義 ： z光軸：晶體對稱中心 軸 oz，光線沿 z軸通過時(shí)不產(chǎn)生雙折射，無壓電效應(yīng)。 x電軸 ：通過六角棱線而 與 z軸 垂直的軸線 ox，垂直此軸壓電效應(yīng)最強(qiáng) 。 電軸 有 3個(gè)。 y機(jī) 軸：垂直于棱面和光軸的軸線 oy，在電場作用下變形最大 。機(jī)軸也有 3個(gè)。 壓電關(guān)系的一般表達(dá)式：電荷密度 q i = dij σj（用單位面積受力表示） 其中： i=1,2,3表示晶體極化方向，指的是與產(chǎn)生電荷的面垂直的方向；j=1,2,3,4,5,6表示受力方向， 1~3表示 x,， 4~6表示剪切力方向 。 如 q1表示法向矢量為 x的兩個(gè)面產(chǎn)生的電荷。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機(jī)理 石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)決定的。 下面是一個(gè)單元組體中構(gòu)成 石英晶體 的硅離子 Si4+ 和 氧離子 O2 在 垂直于 z 軸的 xy 平面上的投影。 當(dāng)作用力 Fx =0 時(shí)，正、負(fù)離子（即 Si4+和 2O2） 正好分布在正六邊形頂角上，形成三 個(gè)互 成 120186。 夾角的電偶極矩 P P P3， 因?yàn)? P = qL，此時(shí)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。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機(jī)理 當(dāng) Fx 0作用 時(shí)，晶體沿 x 方向?qū)a(chǎn)生收縮，正、 負(fù)離子的 相對位置隨之發(fā)生變化。此時(shí)正、負(fù)電荷中心不再重合，電偶極矩 P1 減小， P P3 增大 ，它們 在 X方向上的分量不再等于零 ， (P1+P2+P3 )x 0 (P1+P2+P3 )y =0 (P1+P2+P3 )z =0 可以看出，在 x 軸的正方向出現(xiàn)正電荷，在 y軸和 z 軸方向則不出現(xiàn)電荷。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機(jī)理 當(dāng) Fx 0作用 時(shí)，電偶極矩 P1增大， P P3 減小，此時(shí) 它們 在 x、 y、 z三個(gè)方向上的分量 為： (P1+P2+P3 )x 0、 (P1+P2+P3 )y =0、 (P1+P2+P3 )z =0 ? 在 x 軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在 y、 z方向依然不出現(xiàn)電荷。 可見 ，沿 x(電軸 )方向的力 Fx作用時(shí) ，只在 x 方向產(chǎn)生正壓 電效應(yīng)。 ? 在 y 軸方向受力 當(dāng) Fy ＞ 0時(shí)，晶體的形變與圖 (b)相似 ；當(dāng) Fy＜ 0 時(shí)，則與圖 (c)相似。晶體 在 y軸方向 的力 作用 下，在 x方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在 y、 z 方向同樣不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 ? 晶體在 z 軸方向受力 Fz的作用時(shí) ，正 、負(fù)電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，在沿 z的力作 用下，晶體不產(chǎn)生 壓電效應(yīng)。 力與壓力的檢測 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 作用力與電荷的 關(guān)系 假設(shè)從石英晶體上沿 y 軸線切下一片晶片，如圖 所 示，使它的晶面
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