【文章內容簡介】 大，工藝性強，制造成本低。多用于一般要求的測量。 ? 高分子壓電材料： 有機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、機械性能好 ； 人造 晶體的靈敏度較高應用領域不同 ； 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小時，使內部晶體整齊排列，只有通過極化處理，這種材料才能實際應用。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 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生的電荷量可由下式決定 Q=dF=dKε Q —— 在某特定面上產生的電荷量； d—— 壓電常數，與壓電片材料、切片方向以及受力方向及性質 (正應力或切應力 )、在何平面上測量電荷等因素有關 (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生的電荷量極其微弱，壓電片本身的內阻很大，壓電片輸出的功率極為微弱。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機理 石英的晶體結構為六方晶體系，化學式為 SiO2 定義 ： z光軸：晶體對稱中心 軸 oz，光線沿 z軸通過時不產生雙折射，無壓電效應。 x電軸 ：通過六角棱線而 與 z軸 垂直的軸線 ox，垂直此軸壓電效應最強 。 電軸 有 3個。 y機 軸：垂直于棱面和光軸的軸線 oy，在電場作用下變形最大 。機軸也有 3個。 壓電關系的一般表達式：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的兩個面產生的電荷。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機理 石英晶體具有壓電效應，是由其內部分子結構決定的。 下面是一個單元組體中構成 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。 當作用力 Fx =0 時，正、負離子（即 Si4+和 2O2） 正好分布在正六邊形頂角上，形成三 個互 成 120186。 夾角的電偶極矩 P P P3， 因為 P = qL，此時正負電荷中心重合，電偶極矩的 矢量 和等于零，即 P1+P2+P3 = 0 所以晶體表面不產生電荷，呈電中性。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機理 當 Fx 0作用 時，晶體沿 x 方向將產生收縮，正、 負離子的 相對位置隨之發(fā)生變化。此時正、負電荷中心不再重合，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 軸的正方向出現正電荷，在 y軸和 z 軸方向則不出現電荷。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機理 當 Fx 0作用 時，電偶極矩 P1增大， P P3 減小，此時 它們 在 x、 y、 z三個方向上的分量 為： (P1+P2+P3 )x 0、 (P1+P2+P3 )y =0、 (P1+P2+P3 )z =0 ? 在 x 軸的正向出現負電荷，在 y、 z方向依然不出現電荷。 可見 ，沿 x(電軸 )方向的力 Fx作用時 ，只在 x 方向產生正壓 電效應。 ? 在 y 軸方向受力 當 Fy ＞ 0時，晶體的形變與圖 (b)相似 ；當 Fy＜ 0 時，則與圖 (c)相似。晶體 在 y軸方向 的力 作用 下，在 x方向產生正壓電效應，在 y、 z 方向同樣不產生壓電效應。 ? 晶體在 z 軸方向受力 Fz的作用時 ，正 、負電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，在沿 z的力作 用下，晶體不產生 壓電效應。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 作用力與電荷的 關系 假設從石英晶體上沿 y 軸線切下一片晶片，如圖 所 示，使它的晶面