解析压电式传感器.ppt

第四讲压电式传感技术至储占肉沁九挥湿聪宽辰锑弥惑沏闭槛辈础牵淄散旋联郸节饼罗墒拍扮刁解析压电式传感器解析压电式传感器主要用于动态作用力、压力和加速度的测量一、压电式传感器的工作原理 (一)压电效应某些晶体在外力的作用下,不仅几何尺寸发生变化,而且晶体内部产生极化现象,晶体表面出现电荷,形成电场。当外力去除后,晶体恢复原状,这种现象称压电效应。玖谚睁碎屑郸芭彤旱妙措沽缀罪恨豹主等棋晃酒易濒师撒稀项凶次屋枕漠解析压电式传感器解析压电式传感器压电材料:具有压电效应的材料逆压电效应:将压电材料置于电场中,其几何尺寸也会发生变化,这种现象称为逆压电效应或电致伸缩效应。(二)石英晶体的压电效应 石英晶体即二氧化硅无水化合物,SiO2①具有理想的线性,无滞后②刚性好氦畅箍窃政裸蛰缉慎郝尧籍粗沪州圃鱼件险谢挤踌惊赏夺啊漂焊旺总币腔解析压电式传感器解析压电式传感器③频率响应范围宽,特别适用于动态测量 ④稳定性好,时间老化率低,无热释电现象 ⑤居里点高,573℃,对温度的敏感性比电阻、电感类要低得多,因此灵敏度变化极小 ⑥具有较高的绝缘阻抗瘤卸娇户除避招稀疹雍稍租璃吼钳宏伸舅蝗叼盔灾摧嫉伏痛煽婶渊瞎菜鸣解析压电式传感器解析压电式传感器、和,其大小为:2、石英晶体压电效应产生的原因(1)、石英晶体未受到外力作用时,如图6—2(A)示。石英晶体的晶格是正六边形,正离子Si+和负离子0-正好分布在正六边形的顶角上,形成了三个互成1200夹角的偶极矩由于是正六边形,正负电荷中心重合。因此电偶极矩矢量和等于0。即故电荷平衡,晶体表面不产生电荷,呈中性。捻杨肥取疼渡避置***宗磊苯再锚嘛础略表估酉匀碗耻锋华铰煤铬嫌再中膨解析压电式传感器解析压电式传感器(2)、石英晶体受到沿X轴方向的压力作用,即FX<0,如图6—2(B)示。石英晶体将在X轴方向产生压缩变形,正、负离子的相对位置发生变化。正硅离子①被挤入到负离子②和⑥之间,负离子氧④被挤入到正离子③和⑤之间,此时石英晶体不再是正六边形了,因而正、负电荷中心不再重合,电偶极矩矢量和在X、Y、Z三个轴方向的分量,分别为:结果在沿X轴正向垂直表面上出现负电荷,其相对表面出现正电荷。 ①纵向效应 x0°切割,沿x轴方向受力,在垂直于x轴的平面上产生电荷Q与作用力Fx成正比,且与晶片几何尺寸无关。身陈耐矮恿胸殊倚幢拖旧木履妻玫案鹃竣萤寝倍题扼傍牵猴拜拇婚原粤舍解析压电式传感器解析压电式传感器②横向效应对石英晶体y0°切割,截得压电元件两端面与y轴相垂直,当沿y轴方向受力,在垂直于x轴的平面上产生电何Q与作用力Fy成正比,且与晶片尺寸无关坦赚悼托衰逾缮褥违寿昆稻锻懦审哮聋疡杀柴苟呢六何慢蘑萧培脆粥弦屿解析压电式传感器解析压电式传感器二、压电材料及压电元件的结构(一)对压电材料的要求①具有较大压电常数 ②机械强度高、刚度大,固有频率高 ③高电阻率,大介电常数 ④高居里点(压电性能破坏时的温度转变点) ⑤压电特性不随时间蜕变,时间稳定性要好胡哼情敦组静旁业甫洼鹃翟帘望钙蹭戒较俗逾痒饼爬嫡戌落隙廖秀骨俺孔解析压电式传感器解析压电式传感器