传感器与检测技术教程压电陶瓷.ppt

电极结构 预紧力 例2： 压电式压力传感器 压电陶瓷：弹丸起爆装置——破甲弹 例3：压电引信 发射药在堂内燃烧形成压力完成炮弹的发射。 堂内压力的大小，不仅决定着炮弹的飞行速度，而且与火炮、弹丸的设计有着密切关系。 例4：火炮堂内压力测试 —— 重块质量 —— 加速度 例5：压电式加速度传感器 产品过载冲击试验 跌落高度h 被冲击介质：钢、橡胶、塑料、木块 加速度 产品 例6：冲击试验台的标定和检测 事故性碰撞：点火信号、电点火管、气体发生剂、 气体、充气、弹性体 例7：汽车安全气囊系统 密封容器压力测试法 例8： 气体发生器输出特性测试 加速度 160 ug ~ 10 g 速度 0.4 ~ 80 cm/s 振幅 4 um ~ 8 cm 转换开关S A： V： D： 积分：振动速度、幅值 例9：振动测量仪 例10： 压电式血压传感器 例11：指套式电子血压计 例12：玻璃破碎报警器 例13：水深测量仪 声表面波传感器 延迟时间 SAW振子：LC谐振回路 振动频率 例14：逆压电效应的应用 结冰现象的危害： 铁路电力机车接触网导线上结冰影响机车正常行驶、 冷库物资防冰、飞机安全飞行 结冰状况监测：是否结冰、冰层厚度 基于压电效应的冰传感器原理： 三电极片式压电器件： 例15：用于结冰状况监测的冰传感器 电极 1、2 间加交变电压： 压电晶体机械振动，系统 的谐振频率： —— 等效刚度 —— 等效质量 冰层检测原理： 极板 1 上无附加物：以自身的谐振频率作机械振动； 极板 1 上有冰冻：冰层增加系统刚度，谐振频率增大； 冰层越厚：刚度增加越大，谐振频率越大。 三电极压电元件：T 型 LC 三端元件，构成振荡电路。 1、“基于压电器件的冰传感器”，《仪表技术与传感 器》，2001年9期 参考文献： 2、“压电式振动给料器的研制”，《传感器技术》， 2001年4期 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的形式， 分析不同接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们 分别适用于何种应用场合？ 在电荷放大器电路中，已知： 若考虑引线电容的影响，要求输出信号衰减小于1%， 求：使用 90pF/m 的电缆其最大允许长度为多少？ Page ? * 传感器与检测技术教程 传感器与检测技术教程 * 压电式传感器 压电器件 受力、表面形变 电荷 目　录 压电材料 测量电路 压电效应 压电传感器及其特点 §1　压电效应 Piezoelectric Effect 雅克·居里（Jacques Curie）（1856年10月29日-1941年），法国物理学家，蒙彼利埃大学教授。 皮埃尔·居里 (Pierre Curie) (1859 -1906) 居里兄弟 他们发现了一些晶体在某一特定方向上受压时，在它们的表面上会出现正或负电荷，这些电荷与压力的大小成正比，而当压力排除之后电荷也消失。 1881年，他们发表了关于石英与电气石中压电效应的精确测量。 1882年，他们证实了李普曼(G．Lippmann)关于逆效应的预言：电场引起压电晶体产生微小的收缩。 利用压电现象，他们还设计了一种压电石英静电计——居里计。 1. 石英晶体的压电效应 左旋石英晶体 石英晶体的晶轴 　　X 轴垂直的平面上产生的电荷 Qx，它的大小为 式中： 　ｄ11 为压电系数，受力方向和变形不同时压电系数也不同。石英晶体的 正压电效应 　　在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷Q 　　当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称　压电效应。 　　若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变 S 与外电场强度 E 成正比： 式中： dt — 逆压电常数矩阵。这种现象称为 逆压电效应，或称 电致伸缩。 1、正（顺）压电效应 2、逆压电效应（电致伸缩） 压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻 居里点 压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性 丧失压电性的温度 §2　压电材料 压电材料的主要参数 压电材料可分为三大类： 一是压电晶体(单晶)，它包括压电石英晶体和其他压电单晶； 二是压电陶瓷(多晶半导瓷)； 三是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。 在传感器技术中，目前国内外普遍应用的是压电单晶中的石英晶体和压电多晶中的钛酸钡与锆钛酸铅系列压电陶瓷。 压电晶体 (a)　天然石英晶体； (b)　人工石英晶体； (c)