傳感器結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)第六章壓電式傳感器(編輯修改稿)
2025-08-28 17:30 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 0 0 0 0 11141411112625141211ddddddddddd ij山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 壓電陶瓷的壓電常數(shù)矩陣： ? ????????????00000000000001515333131dddddd ij山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 淄博宇海電子陶瓷有限公司 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 三、壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式 ? 依據(jù)石英晶體壓電常數(shù)矩陣，其變形方式包括以下四種 : 厚度變形（ TE方式） 這種變形方式就是石英晶體的 縱向壓電效應(yīng) ，產(chǎn)生的表面電荷密度為 1111 ?dq ?山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 yzx山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 長(zhǎng)度變形（ LE方式） 這種變形方式是利用石英晶體的 橫向壓電效應(yīng) ，產(chǎn)生的表面電荷密度或表面電荷為 關(guān)。量與晶片的幾何尺寸有電軸的表面產(chǎn)生的電荷垂直于晶片施加作用力時(shí)，在結(jié)論：沿機(jī)械軸方向?qū)Φ拿娣e；為產(chǎn)生電荷面和受力面—、或YXYXYSSSSFdQdq1212121?? ?山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 剪切變形 彎曲變形（ BS方式） 非基本變形方式，是拉、壓、剪切應(yīng)力共同作用的結(jié)果。可根據(jù)具體情況選擇合適的壓電常數(shù)。 切晶片）（所示，計(jì)算式如下：－如圖方式））厚度剪切變形（（切晶片）（所示，計(jì)算式如下：－如圖方式））面剪切變形（（YdqdTSXdqcFS62624141762761????山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 ? 壓電陶瓷的變形方式 對(duì)于 BaTiO3壓電陶瓷，除長(zhǎng)度變形方式 (用 d31)、厚度變形方式 (用 d33)和面剪切變形方式 (用 d15)以外，還有體積變形方式 (簡(jiǎn)稱 VE)可以利用，如圖 6－ 7e所示。這時(shí)產(chǎn)生的表面電荷密度按下式計(jì)算 3 3 1 1 3 2 2 3 3 3q d d d? ? ?? ? ?山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 ? 雙壓電晶片 實(shí)際應(yīng)用中，如果只用單片壓晶片，要產(chǎn)生足夠的表面電荷需較大作用力。而 測(cè)表面粗糙度和微壓差時(shí)提供的力較小 ，故常將兩片或兩片以上壓電片組合使用。 （ 1）雙片懸臂元件 （即雙片彎曲式壓電傳感器） 當(dāng)自由端受力 F時(shí)，晶片彎曲，上片受拉，下片受壓，中性面 OO長(zhǎng)度不變。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 圖 67a 懸臂梁 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 每個(gè)單片產(chǎn)生的電荷和電壓為 FblgCQUFldQ??3122318383???山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 （ 2）壓電元件的并聯(lián)和串聯(lián) 壓電材料是有極性的。 UUCC 22 ??????并聯(lián)特點(diǎn)：并聯(lián) 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 串聯(lián) UUCC ?????? 22/串聯(lián)特點(diǎn)：山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 第二節(jié) 等效電路與測(cè)量電路 一、等效電路 壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英為絕緣體，故可構(gòu)成一個(gè)電容器。 ＋＋＋＋ ―――― q q 電極 壓電元件 Ca 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 電容量計(jì)算式： 壓電元件受外力作用，兩表面產(chǎn)生等量正、負(fù)電荷，其開路電壓為： ??? SC ra0?aCQU ?山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 結(jié)論 ：壓電傳感器可等效為一個(gè)電荷源 Q和一個(gè)電容器 Ca的 并聯(lián)電路 ，如圖 6－ 9(a)；也可等效為電壓源 U和一個(gè)電容器 Ca的 串聯(lián)電路 ，如圖 6－ 9(b)。其中， Ra為壓電元件的漏電阻。 Ca Ra Cc Ri Ci Q 電荷等效電路 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 Ca Ra Cc Ri Ci U 電壓等效電路 注意事項(xiàng) ：如果用導(dǎo)線將壓電傳感器和測(cè)量?jī)x器連接時(shí) ,則應(yīng)考慮 連接電纜的等效電容 ,前置放大器的輸入電阻 、輸入電容 。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 術(shù)語(yǔ)： 壓電式傳感器的靈敏度 電壓靈敏度 ku：?jiǎn)挝涣Ξa(chǎn)生的電壓； 電荷靈敏度 kq：?jiǎn)挝涣Ξa(chǎn)生的電荷。 aqu Ckk /?二者關(guān)系如下：山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第六章 壓電式傳感器 二、測(cè)量電路 壓電式傳感器本身的內(nèi)阻很高 (Ra≥10 10Ω) ，而輸出的能量信號(hào)又非常微弱，因此它的信號(hào)調(diào)理電路通常需要一個(gè)
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