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文档介绍
第7章
压电式传感器
传感器与自动检测技术
主要内容
压电效应及压电材料
压电式传感器测量电路
压电式传感器的应用
压电效应:是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象而使其表面出现电荷集聚的现象。在外力去除后又重新恢复到不带电状态,是机械能转变为电能。
基于压电效应现象制成的传感器称为压电式传感器。压电式传感器是典型的有源传感器。
特点:
结构简单、体积小、重量轻;
工作频带宽;灵敏度高;信噪比高;
工作可靠;测量范围广等。
用途:
主要用于与力相关的动态参数测试,如动态力、机械冲击、振动等,它可以把加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量。
§ 压电材料
压电系数
弹性系数
介电常数
机械耦合系数
电阻
居里点
石英晶体(单晶体)
X轴向受力:
Y轴向受力:
Z轴向受力:
无
现象:
机理:
压电陶瓷(多晶体)
压电机理:
压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴,它有一定的极化方向,从而存在电场。在无外电场作用时,电畴在晶体中杂乱分布,它们各自的极化效应被相互抵消,压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性,不具有压电性质。
在陶瓷上施加外电场时,电畴的极化方向发生转动,趋向于按外电场方向的排列,从而使材料得到极化。外电场愈强, 就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度,即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时,当外电场去掉后,电畴的极化方向基本变化,即剩余极化强度很大,这时的材料才具有压电特性。
压电式传感器
传感器与自动检测技术
主要内容
压电效应及压电材料
压电式传感器测量电路
压电式传感器的应用
压电效应:是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象而使其表面出现电荷集聚的现象。在外力去除后又重新恢复到不带电状态,是机械能转变为电能。
基于压电效应现象制成的传感器称为压电式传感器。压电式传感器是典型的有源传感器。
特点:
结构简单、体积小、重量轻;
工作频带宽;灵敏度高;信噪比高;
工作可靠;测量范围广等。
用途:
主要用于与力相关的动态参数测试,如动态力、机械冲击、振动等,它可以把加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量。
§ 压电材料
压电系数
弹性系数
介电常数
机械耦合系数
电阻
居里点
石英晶体(单晶体)
X轴向受力:
Y轴向受力:
Z轴向受力:
无
现象:
机理:
压电陶瓷(多晶体)
压电机理:
压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴,它有一定的极化方向,从而存在电场。在无外电场作用时,电畴在晶体中杂乱分布,它们各自的极化效应被相互抵消,压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性,不具有压电性质。
在陶瓷上施加外电场时,电畴的极化方向发生转动,趋向于按外电场方向的排列,从而使材料得到极化。外电场愈强, 就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度,即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时,当外电场去掉后,电畴的极化方向基本变化,即剩余极化强度很大,这时的材料才具有压电特性。
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