壓電式力學(xué)量傳感器-資料下載頁
2025-04-29 08:53本頁面
【正文】 證了逆壓電效應(yīng)，給出石英的正逆壓電常數(shù)。 ?第一次世界大戰(zhàn)，居里的繼承人郎之萬，最先利用石英的壓電效應(yīng)， 制成了水下超聲探測器，用于探測 潛水艇 ，從而揭開了壓電應(yīng)用史篇章。 ?壓電材料及其應(yīng)用取得劃時代的進展應(yīng)歸咎于第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)了BaTiO3陶瓷，日本積極開展利用 BaTiO3壓電陶瓷制作超聲換能器、高頻換能器、壓力 傳感器 、 濾波器 、 諧振器 等各種壓電器件的應(yīng)用研究，這種研究一直進行到 50年代中期 ?1955年，美國 BaTiO3壓電性更優(yōu)越的 PZT壓電陶瓷 ，促使壓電器件的應(yīng)用研究又大大地向前推進了一大步。應(yīng)用聲表面波（ SAW）的濾波器、延遲線和振蕩器等 SAW器件，在七十年代后期也取得了實用化 ?上世紀(jì) 70年代初期，人們在鋯鈦酸鉛材料二元系配方 Pb(ZrTi)O3基礎(chǔ)上又研究了加入第三元改性的壓電陶瓷三元系配方，可廣泛用于 拾音器 、 微音器 、濾波器、 變壓器 、超聲延遲線及引燃引爆方面 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 48 壓電效應(yīng)應(yīng)用 利用壓電效應(yīng)可以做出各種各樣的壓電材料，壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略 分為兩大類：即振動能和超聲振動能 電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲 換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用。 換能器 換能器是將機械振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蛟陔妶鲵?qū)動下產(chǎn)生機械振動的器件。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 49 一般電聲換能器的能量轉(zhuǎn)換過程是 ： 對于電 聲轉(zhuǎn)換是先將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動，然后由機械振動產(chǎn)生聲波； 對于聲 電轉(zhuǎn)換 ，則是先將聲信號轉(zhuǎn)換成機械振動后再轉(zhuǎn)換成電信號。 可生產(chǎn)電聲器件如麥克風(fēng)、立體聲耳機和高頻揚聲器 水聲換能器，又稱水聽器，接收水聲信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。研究 初期均瞄準(zhǔn)軍事應(yīng)用，如用于水下探測的大面積傳感器陣列和監(jiān)視系統(tǒng)等，隨后應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展到地球物理探測、聲波測試設(shè)備等方面。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 50 壓電聚合物換能器在生物醫(yī)學(xué)傳感器領(lǐng)域，尤其是 超聲成像 中，獲得了最為 成功的應(yīng)用 ? 人體結(jié)構(gòu)對超聲而言是一個復(fù)雜的介質(zhì)，各種器官與組織，包括 病理 組織有它特定的 聲阻抗和衰減特性 ，因而構(gòu)成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。 ? 超聲射入體內(nèi)，由表面到深部，將經(jīng)過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產(chǎn)生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構(gòu)成超聲圖像的基礎(chǔ)。 ? 將接收到的回聲，根據(jù)回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 51 超聲換能器，用于 超聲波 范圍的電聲換能器，主要是壓電陶瓷換能器 在機器人接近覺中的應(yīng)用（超聲波傳感器） ? 當(dāng)物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的 頻率 ，單位是 赫茲 。 ? 我們?nèi)祟惗淠苈? 到的聲波頻率為 16～ 20， 000赫茲。 ? 當(dāng)物體的振動超過一定的頻率，即高于人耳聽閾上限時，這樣的聲波稱為“超聲波” 。 ? 通常用于 醫(yī)學(xué) 診斷的超聲波頻率為 1～ 5兆赫。 機器人安裝接近覺傳感器主要目的有以下三個： 其一，在接觸對象物體之前，獲得必要的信息，為下一步運動做好準(zhǔn)備工作； 其二，探測機器人手和足的運動空間中有無障礙物。如發(fā)現(xiàn)有障礙，則及時采取 一定措施，避免發(fā)生碰撞； 其三，為獲取對象物體表面形狀的大致信息。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 52 超聲傳感器包括超聲發(fā)射器、超聲接受器、定時電路和控制電路四個主要部分。 它的工作原理大致是這樣的： ? 首先由超聲發(fā)射器向被測物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。 ? 發(fā)射器發(fā)出一連串超聲波后即自行關(guān)閉，停止發(fā)射。 ? 同時超聲接受器開始檢測回聲信號，定時電路也開始計時。 ? 當(dāng)超聲波遇到物體后，就被反射回來。 ? 等到超聲接受器收到回聲信號后，定時電路停止計時。 ? 此時定時電路所記錄的時間，是從發(fā)射超聲波開始到收到回聲波信號的傳播時間。 ? 利用傳播時間值，可以換算出被測物體到超聲傳感器之間的距離。 ? 超聲傳感器整個工作過程都是在控制電路控制下順序進行的。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 53 壓電驅(qū)動器 壓電驅(qū)動器利用逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能或機械運動 ? 基于聚合物雙晶片開展的驅(qū)動器應(yīng)用研究包括顯示器件控制、微位移產(chǎn)生系統(tǒng)等 ?電子束輻照 P（ VDFTrFE）共聚合物使該材料具備了產(chǎn)生大伸縮應(yīng)變的能力， 從而為研制新型聚合物驅(qū)動器創(chuàng)造了有利條件。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 54 諧振式傳感器 壓電諧振式傳感器： ? 石英晶體微天平（ QCM） ? 聲表面波傳感器（ SAW） ? 微懸臂梁傳感器 當(dāng)激勵信號頻率與晶體片本身固有的諧振頻率相同時，即可形成諧振，此時晶體片本身一般稱為諧振器，其諧振特性會受到外界參數(shù)的影響，利用這一特性即可制成壓電諧振式傳感器。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 55 本章小結(jié) ? 概念 :壓電效應(yīng) ? 問題 1:試說明壓電陶瓷的敏感機理。 ? 問題 2:試說明石英晶體的壓電機理。 ? 問題 3:試說明壓電式加速度傳感器基本工作原理。 ? 問題 4:試說明壓電效應(yīng)的特點。
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