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检测与传感技术--压电传感器*第四章压电传感器三、压电传感器的等效电路一、认识压电传感器二、压电传感器的工作原理四、压电传感器的结构和应用五、电荷放大器第一节压电传感器的工作原理压电式传感器的特点:是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现电量电测的目的。压电传感元件是力敏感元件,它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量,例如动态力、动态压力、振动加速度等,但不能用于静态参数的测量。一、压电效应天然结构的石英晶体呈六角形晶柱,用金刚石***切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时,晶格产生变形,表面产生电荷,电荷Q与所施加的力F成正比,这种现象称为压电效应。还有一些人造材料也具有压电效应。若在电介质的极化方向上施加交变电压,它就会产生机械变形。当去掉外加电场时,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。石英晶体(单晶体)石英晶体的化学式为SiO2,它的每个晶胞中有3个硅离子和6个氧离子,一个硅离子和两个氧离子交替排列(氧离子是成对出现的)。沿光轴看去,可以认为是正六边形排列结构。在无外力作用时,硅离子所带正电荷的等效中心与氧离子所带负电荷的等效中心是重合的,整个晶胞不呈现带电现象。天然石英晶体外形天然石英晶体外形(续)天然石英晶体的结构及剖面**天然石英晶体的三个轴在晶体学中,可用三根相互垂直的轴来表示。其中纵向轴称为光轴,也称z轴,有折光效应,没有压电效应。经过正六面体棱线,并垂直于光轴的轴线称为电轴,也称x轴;经过正六面体的棱面且垂直于光轴的轴线称为机械轴,也称y轴。天然石英晶体的三个面从石英晶体上切割出一块平行六面体的切片,再进一步从该正六面体上切割出正方形薄片,就是工业中常用的石英晶片。正方形薄片的6个面分别垂直于光轴(z轴)、电轴(x轴)和机械轴(y轴)。