模塊振動檢測上ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-01 01:04 本頁面
【文章內容簡介】 電荷很快泄漏，并消失 。 天然石英晶體外形 石英晶體的特性 石英 （ SiO2） 是一種具有良好壓電特性的壓電晶體 。其 介電常數(shù)和壓電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性相當好 ,在常溫范圍內這兩個參數(shù)幾乎不隨溫度變化如下兩圖 。 在 20～ 200℃ 范圍內 ， 溫度每升高 1℃ ， 壓電系數(shù)僅減少 ％ 。 但是當?shù)?573℃ 時 ， 它突然 完全失去了壓電特性 ， 這就是它的 居里點 。 石英的 d11系數(shù)相對于 20℃的 d11溫度變化特性 石英在高溫下相對介電常數(shù)的溫度特性 天然石英晶體外形（續(xù)） 石英晶體的切片 石英晶體片及封裝 石英晶體薄片 雙面鍍銀并封裝 清代詩人蘇履吉贊頌鳴沙 “ 雷送余音聲裊裊，風生細響語喁喁 ” —— 鳴沙山上的逆壓電效應 鳴沙丘 交變外力作用在壓電元件上 ， 可以產生交變的電荷 Q， 在上下鍍銀的表面上產生交變電壓 。 對壓電元件施加交變力，產生交變電荷 壓電傳感器產生的交變電荷的 變化頻率與交變力的頻率相同 ， 等效于交變電荷源 。 二、壓電材料的分類及特性 壓電傳感器中的壓電元件材料常用的有三類： 一類是： 壓電晶體 （如上述的石英晶體）； 第二類是：經過極化處理的 壓電陶瓷 ； 第三類是：經過極化處理的 高分子壓電材料。 壓電材料的 分類 （ 1）石英晶體的特性 石英晶體在 20～ 200℃ 的范圍內壓電常數(shù)的變化量只有 ℃ 。 還具有 自振頻率高 、 動態(tài)響應好 、機械強度高 、 絕緣性能好 、 遲滯小 、 重復性好 、 線性范圍寬 等優(yōu)點 。 石英晶體的不足之處是 壓電常數(shù)較小 ： d=?1012C/N。 因此石英晶體大多只在 標準傳感器 、 高準確度傳感器 或 高溫壓電傳感器 中使用 ， 而在一般要求的測量中 ， 基本上采用 壓電陶瓷 。 （ 2）壓電陶瓷 壓電陶瓷是 人工制造的多晶壓電材料 ，它比石英晶體的 壓電靈敏度高得多 ，而制造 成本卻較低 ，因此目前國內外生產的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷 。常用的壓電陶瓷材料有 鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（ PZT） 及 非鉛系壓電陶瓷 (如 BaTiO3等 )。 壓電陶瓷外形 壓電陶瓷（多晶材料）的工作原理 某些陶瓷粉末原料，經 1000℃ 以上高溫燒結和機械加工，可以制成圓片或其他需要的形狀。燒結而成的壓電陶瓷由無數(shù)細微的電疇組成 。 在無外電場作用時，各個電疇在晶體中雜亂分布，它們的極化效應被相互抵消了 ，因此 原始的壓電陶瓷呈中性 ,不具有壓電性質 。 為了使壓電陶瓷具有壓電效應，必須在高溫下， 用上千伏高電壓施加在上下極板上， 進行 極化處理 ， 使電疇的方向趨向一致 ，冷卻后就具有壓電效應。 壓電陶瓷的極化處理 a）極化處理前電疇雜亂分布 b）在極化電壓下的電疇分布 c）冷卻、穩(wěn)定后的電疇分布 1－鍍銀上電極 2－壓電陶瓷 3－鍍銀下電極 4－電疇 5－極化高壓電源 ↑－細微的電疇極化方向 壓電陶瓷極化的影響因素 極化電場和極化溫度越高，促使電疇取向排列的作用越大，極化就越充分 。 常用壓電陶瓷材料的極化溫度取 320~420℃ ， 極化時間從幾分鐘到幾十分鐘 。 常用的壓電陶瓷材料 （ 1） 鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷 （ PZT） ：是由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固熔體 。 有較高的壓電常數(shù) [d＝（ 200～ 500） ?1012C/N]。 在上述材料中加入微量的鑭 （ La） 、 鈮 （ Nb） 或銻 （ Sb） 等 ， 可以得到不同性能的 PZT材料 。 （ 2） 非鉛系壓電陶瓷 ： 能減少制造過程中鉛對環(huán)境的污染 。 BaTiO3基無鉛壓電陶瓷 、 BNT基無鉛壓電陶瓷 、 鈮酸鹽基無鉛壓電陶瓷 、 鈦酸鉍鈉鉀無鉛壓電陶瓷 、 鈦酸鉍鍶鈣無鉛壓電陶瓷和鈦酸鋇鈣壓電陶瓷等 ， 它們的多項性能都已超過含鉛系列壓電陶瓷 ， 是今后壓電陶瓷的發(fā)展方向 。 壓電陶瓷與石英晶體的特性比較 （ 3）高分子壓電材料 典型的高分子壓電材料有 聚偏二氟乙烯（ PVF2或PVDF） 、聚氟乙烯（ PVF）、改性聚氯乙烯（ PVC）等。它是一種柔軟的壓電材料，可根據需要制成 薄膜或電纜套管 等形狀。它 不易破碎 ， 具有防水性 ，可以大量連續(xù)拉制 ，制成較大面積或較長的尺度，價格便宜，頻率響應范圍較寬， 測量動態(tài)范圍可達80dB。 高分子壓電材料簡述 特點：柔性， 密度低 。 可以在幾十微米的 PVDF壓電膜上， 兩面蒸鍍金、銀等金屬電極 ，電極厚度約 ，再層壓在 聚酯基片上，并制作兩個壓接端子，作為信號引腳。 應用：醫(yī)學測量脈動信號，例如：超聲診斷儀、血壓計、指脈膊計、心率計。 工業(yè)中測量振動； 機器人的觸覺傳感器 、加速度傳感器等。 軍事： 水聲探測器 、 邊界振動報警 、 防盜報警系統(tǒng)等。 高分子壓電材料 的種類、加工 典型的高分子壓電材料有 聚偏二氟乙烯（ PVF2或PVDF） 、 聚氟乙烯（ PVF） 、尼龍 11等， 輸出脈沖電壓可以直接驅動 CMOS集成門電路 。 將 PVDF樹脂加熱，用輥壓機壓制成膜或電纜套管。定向拉伸的溫度約為 120℃ ，在拉伸薄膜的兩面蒸鍍金、銀等金屬電極，電極厚度為 。 與壓電陶瓷類似， 必須用高電壓進行極化處理 。薄膜經極化處理后，分子偶極子就趨向一致的方向，顯現(xiàn)出電壓特性。 極化場強約 5kV/mm，極化溫度為80~100℃ ，極化時間為 30~60min。 高分子壓電薄膜及拉制 、切片 高分子壓電材料 的特性 不易破碎，具有防水性，可以制成較大面積或較長的成品，因此價格便宜。其測量動態(tài)范圍可達 80dB，頻率響應范圍可從 109Hz。 工作溫度一般低于 100℃ 。 溫度升高時，靈敏度將降低 。它的機械強度不夠高，耐紫外線能力較差，不宜暴曬，以免老化。 高分子壓電材料制作的 壓電墊和壓電電纜 可用于波形分析及報警的高分子壓電踏腳板 壓電式腳踏報警器 壓電式周界報警系統(tǒng) （用于重要位置出入口、周界安全防護等
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