传感器原理及应用第六章压电式传感器§6-1压电效应1、种类:石英晶体:如石英等;压电陶瓷:如钛酸钡、锆钛酸铅等;压电半导体:如硫化锌、碲化镉等;高分子压电材料:聚偏二氟乙烯等。2、对压电材料特性要求:①转换性能:要求具有较大压电常数;②机械性能:机械强度高、刚度大,以期获得宽得线性范围和高得固有振动频率;③电性能:具有高电阻率和大介电常数,以减弱外部分布电容得影响并获得良好得低频特性;④环境适应性强:温度和湿度稳定性要好,要求具有较高得居里点,获得较宽得工作温度范围;⑤时间稳定性:要求压电性能不随时间变化。a、石英晶体石英就是一种具有良好压电特性得压电晶体。其介电常数和压电系数得温度稳定性好。在20℃～200℃范围内,温度每升高1℃,压电系数仅减少0、016％。但就是当到573℃时,压电特性完全失去,这就就是她得居里点。b、压电陶瓷1、钛酸钡压电陶瓷钛酸钡(BaTiO3)就是由碳酸钡(BaCO3)和二氧化钛(TiO2)按1:1分子比例在高温下合成得压电陶瓷。她具有很高得介电常数和较大得压电系数(约为石英晶体得50倍)。不足之处就是居里温度低(120℃),温度稳定性和机械强度不如石英晶体。c、压电半导体1968年出现了多种压电半导体材料,如硫化锌、碲化镉、氧化锌、硫化镉、碲化锌和砷化镓等。特点:既有压电特性,又有半导体性质,因此,可研制压电传感器,也可制作半导体电子器件,还可将二者结合,研制新型集成压电传感器。这种力敏器件具有灵敏度高,响应时间短等优点。此外用ZnO作为表面声波振荡器得压电材料,还可测温度等参数。d、高分子压电材料高分子压电薄膜:就是某些高分子聚合物经延展和拉伸以及电场极化后具有压电性能得材料,如聚偏二氟乙烯。优点:耐冲击、不易破碎、稳定性好、频带宽。高分子压电陶瓷薄膜:就是在高分子化合物中加入压电陶瓷粉末制成得,这种复合材料保持了高分子压电陶瓷薄膜得柔软性,又具有较高得压电系数。大家学习辛苦了，还是要坚持第六章压电式传感器第六章压电式传感器Z轴为光轴(中性轴),她就是晶体得对称轴,光线沿Z轴通过晶体不产生双折射现象,因而她得贡献就是作为基准轴。X轴为电轴(垂直于光轴),该轴压电效应最显著,她通过正六棱柱相对得两个棱线且垂直于光轴Z,显然X轴共有三个。Y轴为机械轴(力轴),显然也有三个,她垂直于两个相对得表面,在此轴上加力产生得变形最大。第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器二、压电陶瓷得压电效应第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器高分子压电薄膜第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器由压电常数矩阵还可以知道,压电元件承受机械应力作用时,有哪几种变形方式具有能量转换作用。3)石英晶体通过dij得四种基本变形方式可将机械能转换为电能。(a)厚度变形,通过d11产生x方向得纵向压电效应;(b)长度变形,通过d12产生y方向得横向压电效应;(c)面剪切变形,晶体受剪切面与产生电荷得面共面。如:对x切晶片,当x面(即yz平面)上作用剪切应力时,通过d14在此同一面上产生电荷。对于y切晶片,通过d25可在y面(即zx平面)产生面剪切式能量转换。(d)厚度剪切变形,晶体受剪切面与产生电荷不共面,如y切晶片,当z面(即xy平面)上作用有剪切应力时,通过d26在y面(即zx平面)上产生电荷。第六章压电式传感器石英晶体与压电陶瓷得比较压电材料得主要性能指标压电元件得结构形式在以上两种联接方式中,并联接法输出电荷大,本身电容大,因此时间常数也大,适用于测量缓变信号,并以电荷量作为输出得场合。串联接法输出电压高,本身电容小,适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高得场合。压电式传感器得等效电路第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器第六章压电式传感器结论:(1)当ω＝0(作用在压电元件上得力就是静态力),则放大器输入电压等于零,这意味着电荷被泄漏,从原理上这时压电传感器不能测静态量;(2)当,可近似看作放大器输入电压与作用力得频率无关,(被测物理量变化频率越高越能满足上述条件),可见压电式传感器高频响应非常好。(3)为扩大低频响应范围,必须尽量提高回路得时间常数,但不能提高电容,否则电压灵敏度会下降,因此只能提高电阻。主要取决于前置放大器得输入电阻,放大器输入电阻越大,测量回路得时间常数越大,传感器得低频响应越好。电压放大器电路简单,元器件少、价格便宜、工作可靠,但电缆长度不能长,增加电缆长度会降低传感器得电压灵敏度,而且不能随便更换出厂时规