最新43電量型—電荷輸出型資料課件PPT.ppt

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1、43電量型—電荷輸出型資料傳統(tǒng)傳感器電參量型傳感器電量型傳感器2021/10/72設(shè)計示例電量型傳感器電壓輸出型傳感器電荷輸出型傳感器電量型傳感器測量電路2021/10/73(1)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)物體在某方向受壓力或拉力作用產(chǎn)生形變時，表面會產(chǎn)生電荷；當外力撤消后，物體又重新回到不帶電狀態(tài)。當作用力方向改變時，電荷極性隨之改變，把這種機械能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”，簡稱壓電效應(yīng)。壓電式傳感器FF極化面測量原理2021/10/77壓電式傳感器天然石英是六角棱柱體結(jié)構(gòu)。zyxoyxzOxazybcFx縱向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)Fy石英晶體的三軸和三效應(yīng)：切向壓電效應(yīng)

2、FyFy(1)壓電效應(yīng)測量原理2021/10/78壓電式傳感器石英晶體的三軸：X軸—電軸。在垂直于此軸的面上壓電效應(yīng)最強。Z軸—光軸，也稱中性軸。光線沿該軸通過石英晶體時，無折射，沿該軸方向上沒有壓電效應(yīng)。Y軸—機械軸。在電場作用下，沿該軸方向的機械變形最明顯。(1)壓電效應(yīng)測量原理2021/10/79壓電式傳感器三效應(yīng)：橫向效應(yīng)：沿y軸加力切向效應(yīng)：垂直z軸方向形成力矩。縱向效應(yīng)：沿x軸加力(1)壓電效應(yīng)測量原理圖4.35壓電效應(yīng)模型(a)縱向效應(yīng)yxzFxFx(b)橫向效應(yīng)yFyzFy(c)切向效應(yīng)xyzxFyFy2021/10/710壓電式傳感器逆壓電效應(yīng)(Reversepi

3、ezoelectriceffect)：由于外電場作用導致物體的機械變形現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)，又稱電致伸縮效應(yīng)。具有壓電性的電介質(zhì)（壓電材料），能實現(xiàn)機-電能量的相互轉(zhuǎn)換。(1)壓電效應(yīng)測量原理2021/10/711壓電材料的主要性能參數(shù)：壓電常數(shù)(piezoelectricityconstant)：衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù)，直接關(guān)系到壓電輸出靈敏度。彈性常數(shù)(elasticityconstant)：材料的彈性常數(shù)（剛度）決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。介電常數(shù)(dielectricconstant)：固有電容與介電常數(shù)有關(guān)，而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。壓電式傳感器

4、(2)壓電材料測量原理2021/10/712壓電材料的主要性能參數(shù)：機電耦合系數(shù)(machine-electricalcouplingcoefficient)：在壓電效應(yīng)中，轉(zhuǎn)換輸出的能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根。它是衡量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù)。電阻(resistance)：壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。居里點(curiepoint)：壓電材料開始喪失壓電性的溫度。壓電式傳感器(2)壓電材料測量原理2021/10/713壓電材料的分類：壓電晶體(piezoelectriccrystal)、壓電陶瓷(piezoe

5、lectricceramics)、新型壓電材料。石英晶體（quartz，SiO2）具有壓電性的單晶體統(tǒng)稱為壓電晶體。石英晶體是典型而常用的壓電晶體。主要性能特點：壓電常數(shù)小，其時間和溫度穩(wěn)定性好;機械強度和品質(zhì)因數(shù)高，剛度大，固有頻率高，動態(tài)特性好;居里點573℃，無熱釋電性，且絕緣性好、重復(fù)性均好。壓電式傳感器(2)壓電材料測量原理2021/10/714壓電陶瓷(piezoelectricceramics)壓電陶瓷是一種經(jīng)極化處理后的人工多晶鐵電體。所謂“多晶”，它是由無數(shù)細微的單晶組成；所謂“鐵電體”，它具有類似鐵磁材料磁疇的“電疇”結(jié)構(gòu)。每個單晶形成一單個電疇，無數(shù)單晶電疇的

6、無規(guī)則排列，致使原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向同性而不具有壓電性。要使之具有壓電性，必須作極化處理。極化處理（polarization）：在一定溫度下對材料施加強直流電場，迫使“電籌”趨向外電場方向作規(guī)則排列；極化電場去除后，趨向電籌基本保持不變，形成很強的剩余極化，從而呈現(xiàn)壓電性。壓電式傳感器(2)壓電材料測量原理2021/10/715壓電陶瓷(piezoelectricceramics)主要性能特點：壓電常數(shù)大，靈敏度高；制造工藝成熟，成形工藝性也好，成本低廉，利于廣泛應(yīng)用；具有熱釋電性。壓電式傳感器(2)壓電材料測量原理2021/10/716新型壓電材料新型壓電材料常見的有壓電半導體

7、和有機高分子壓電材料。壓電半導體（piezoelectricsemiconductor）：其顯著特點是：既具有壓電特性，又具有半導體特性。有機高分子壓電材料：合成高分子聚合物（質(zhì)輕柔軟，抗拉強度較高，蠕變小，耐沖擊，熱釋電性和穩(wěn)定相較好，便于批量生產(chǎn)和大面積使用）；高分化合物摻雜壓電陶瓷的高分子壓電薄膜（保持了高分子壓電薄膜的柔軟性，又具有較高的壓電性和機電耦合系數(shù)）。壓電式傳感器(2)壓電材料測量原理2021/10/717壓電材料的應(yīng)用打火機+++++-------