压电式传感器45081课件.ppt

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人民邮电出版社主编彭学勤
目的要求
(1)理解压电效应的基本概念。
(2)了解压电元件的等效电路。
(3)熟悉压电式传感器的应用。
汽车防爆震系统
图5-3爆震传感器的压电元件
二、压电传感器的结构及工作原理

图5-4压电式传感器的结构及电气符号
压电材料
类型
压电晶体
压电陶瓷
高分子压电材料
结构
工作机理
压电效应
x-x:纵向电压效应
y-y:横向压电效应
电极化
压电效应
性能特点
压电系数和介电系数的温度稳定性好,常温下几乎不变;居里点高(可达575℃);机械强度高,绝缘性能好;线性范围宽,自振频率高,动态响应快,迟滞小,重复性好;压电常数较小,灵敏度较低,且价格较贵
制作工艺简单,耐湿,耐高温;压电系数比石英晶体的高得多;制造成本较低;居里点较石英晶体的低,且性能没有石英晶体般稳定
压电系数d比石英高十多倍;柔韧性和加工性能好;可制成5mm~1mm不同厚度、形状各异的大面积有挠性的膜;频响宽;化学稳定性和耐疲劳性高;吸湿性低,有良好的热稳定性;价格便宜
使用场合
标准传感器、高精度传感器或高温环境
一般的测量、水声换能器、汽车、蜂鸣器、医疗
压力、加速度、温度、超声波无损检测、生物医学等领域
图5-5压电材料在各种受力条件下所产生的电荷极性
图5-6压电效应的可逆性
三、压电式传感器的测量电路

压电式传感器可以看作一个电荷发生器,它同时也是一个电容器,如图5-7(a)~图5-7(b)所示。因此,当需要压电元件输出电荷时,则可把它等效成一个与电容相并联的电荷源,如图5-7(c)所示;当需要压电元件输出电压信号时,可把它等效成一个与电容串联的电压源,如图5-7(d)所示。其两极板间开路电压为:
压电式传感器在实际测量时还需连接测量电路或仪器,因此传感器实际的等效电路还须考虑连接电缆电容Cc、放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci等形成的负载阻抗对电路的影响;加之考虑空气有一定的湿度,压电元件也并非理想元件,其内部存在泄漏电阻Ra,因此,压电式传感器实际的等效电路如图5-8所示。图5-8(a)为电荷源,图5-8(b)为电压源。