現(xiàn)代傳感器與執(zhí)行器(s_a)工程學(xué)(編輯修改稿)
2025-03-18 22:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 也是屬于傳感器），相對(duì)于同一效應(yīng)的傳感器只是其逆向傳感而已。 A與 S如前所述，兩者具有同一圖示模型和數(shù)學(xué)模型（傳遞矩陣），只是信號(hào)與能量種類(lèi)與傳遞的方向不同而已。 l AS的物質(zhì)效應(yīng)的相似性的物質(zhì)效應(yīng)的相似性 機(jī)械系統(tǒng)與電系統(tǒng)它們既是相互獨(dú)立的又是相互聯(lián)系的。它們的相互聯(lián)系主要表現(xiàn)在機(jī)與電微分方程的相似性和機(jī)與電參量之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。機(jī)與電是通過(guò)機(jī)電耦合效應(yīng)相互轉(zhuǎn)化的。由圖 215可以看出，機(jī)電耦合（壓電）效應(yīng)與電磁效應(yīng)也有許多相似與相關(guān)之處。 效應(yīng)。機(jī)、電、磁系統(tǒng)的主效應(yīng)分別為 （ 2－ 32） （ 2－ 33） 交叉效應(yīng)分別為壓電正逆效應(yīng)與電磁正逆效應(yīng)，而且都是雙向可逆，互為正逆效應(yīng)。其矩陣表達(dá)式分別為 （ 2－ 34） d’ ， m’ 分 別為 d， m的 轉(zhuǎn) 置矩 陣 。 ，除一次效應(yīng)外都存在著二次、三次 … 感生效應(yīng)。電磁場(chǎng)效應(yīng)早已為麥克斯韋電磁感應(yīng)定律所證明，即變動(dòng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變動(dòng)的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。同理，壓電效應(yīng)也應(yīng)存在二次、三次 … 感生效應(yīng)。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(shuō)明。各種效應(yīng)之間的定量關(guān)系 — 麥克斯韋關(guān)系式 麥克斯韋關(guān)系式可由系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)下的量變化推導(dǎo)出來(lái)。對(duì)于機(jī)、電、熱三種能量間的麥克斯韋關(guān)系式可組成如下 6組系數(shù)表達(dá)式： 式中各符號(hào)同圖 212和相關(guān)公式所示。 由上式可見(jiàn)，各效應(yīng)變量之間都是有著固定的數(shù)量關(guān)系的；通過(guò)系數(shù)變換，可將不能測(cè)得的量轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的量。 l AS的物質(zhì)效應(yīng)及其模型的物質(zhì)效應(yīng)及其模型 各種物質(zhì)效應(yīng)（物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等），是物性型傳感器與執(zhí)行器進(jìn)行信息變化與能量變換的根據(jù)與基礎(chǔ)。 傳感器與執(zhí)行器研究者的任務(wù)就是如何認(rèn)識(shí)以發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)，如何去探索發(fā)現(xiàn)的新效應(yīng)，以及如何將自然界的各種效應(yīng)有效的應(yīng)用于傳感器與執(zhí)行器上。本節(jié)主要通過(guò)各種能量間的物質(zhì)效應(yīng)及其描述的圖示模型和數(shù)學(xué)模型，去揭示物質(zhì)的各種能量間的內(nèi)在聯(lián)系，即它們的本構(gòu)關(guān)系。旨在與使讀者從理論上理解各種物質(zhì)效應(yīng)的本質(zhì)，力圖提供一種研究思路與研究方法。 l 三種能量間的物質(zhì)效應(yīng)模型 所謂的 三種能量是指機(jī)械能、電能與熱能。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) 。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(jiàn)圖 2－ 12，成為三種能量物性效應(yīng)（）模型 。 三角形外層各頂點(diǎn)（ T、 E、 Q）為示強(qiáng)變量，即自變量，亦稱(chēng)集中變量、約束變量、強(qiáng)度變量、廣義力等；與之相對(duì)應(yīng)的內(nèi)層各頂點(diǎn)（ S、 D、 S*）為示容變量，即因變量，亦稱(chēng)廣延變量、響應(yīng)變量、式量變量、廣義位移等。內(nèi)外三角形對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)連線(xiàn)（ TS、 E D、 QS*）為主效應(yīng)，其余各頂點(diǎn)之間的連線(xiàn)稱(chēng)為交叉效應(yīng)。 各種主效 應(yīng) 與交叉效 應(yīng) 的名稱(chēng)均 標(biāo) 注在 圖 上。 圖 212 三種能量間物質(zhì)效應(yīng) 這就是目前在固體物理學(xué)晶體物理學(xué)壓電學(xué)傳感器與執(zhí)行器技術(shù)中廣泛采用的物質(zhì)效應(yīng)模型。這個(gè)模型雖然看起來(lái)似乎簡(jiǎn)單，但它除了定性地全面反映了三種能量間地耦合關(guān)系（通過(guò)圖中網(wǎng)絡(luò)地關(guān)系），還給出了如下重要的事實(shí)：但物體（主要是晶體）受外界的某種作用或擾動(dòng)時(shí)，同時(shí)會(huì)呈現(xiàn)多種響應(yīng)，也就是說(shuō)作用量只有一個(gè)，可響應(yīng)量卻同時(shí)出現(xiàn)好幾個(gè)。真可謂 “ 牽一發(fā)而動(dòng)全身 ” 。所以在認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)效應(yīng)時(shí)要將物體（晶體）作為一個(gè)體系，特別是熱力學(xué)體系來(lái)把握，這樣準(zhǔn)確而全面的。當(dāng)然在實(shí)際運(yùn)作中，為了突出主要矛盾，簡(jiǎn)化問(wèn)題，往往采用設(shè)定邊界條件的辦法加以限制。 該 模型的定量表達(dá)形式 物 質(zhì) 效 應(yīng) 本構(gòu)方程。模型中的六個(gè)參量，任何一個(gè)參量都是其余五個(gè)參量的函數(shù)，如：
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