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1、同學(xué)們好！1第五章壓電式傳感器壓電器件受力、表面形變電荷2§5-1壓電效應(yīng)和壓電材料一、壓電效應(yīng)1、正（順）壓電效應(yīng)2、逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）3壓電介質(zhì)正壓電效應(yīng)Q(E)電能T(S)機(jī)械能逆壓電效應(yīng)二、壓電材料簡介壓電常數(shù)彈性常數(shù)（剛度）介電常數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)電阻居里點(diǎn)壓電效應(yīng)強(qiáng)弱：靈敏度固有頻率、動態(tài)特性固有電容、頻率下限機(jī)電轉(zhuǎn)換效率泄漏電荷、改善低頻特性喪失壓電性的溫度4常用壓電材料5三、石英晶體的壓電特性居里點(diǎn)573℃，六角晶系結(jié)構(gòu)光軸電軸機(jī)械軸6x軸方向受力：壓力x軸方向受力：拉力y軸方向
2、受力：壓力y軸方向受力：拉力7四、壓電陶瓷的壓電現(xiàn)象人造多晶體：經(jīng)極化處理后的人工多晶鐵電體電疇未極化前：不具壓電性撤銷外電場加外電場E8對外不呈極性加力F：放電現(xiàn)象取消F：充電現(xiàn)象機(jī)械能電能正壓電效應(yīng)：9§5-2等效電路和測量電路一、壓電晶片的連接方式（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：10二、壓電傳感器的等效電路只適宜動態(tài)測量壓電晶片：壓電傳感器：11壓電傳感器在實(shí)際測量系統(tǒng)中的等效電路12三、壓電傳感器的測量電路前置放大器的作用：（1）放大（2）阻抗轉(zhuǎn)換電壓放大器電荷放大器1、電壓放大器13前置放大器
3、輸入端電壓：前置放大器輸入端電壓幅值：輸入電壓與作用力間的相位差：14時間常數(shù)15輸入電壓與作用力間的相位差：時間常數(shù)16討論：適合測量高頻交變力由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比例放大器172、電荷放大器靈敏度與電纜電容無關(guān)上限下限18§5-3壓電傳感器的應(yīng)用例1：壓電式測力傳感器壓電式三向力傳感器19例2：壓電式壓力傳感器電極結(jié)構(gòu)預(yù)緊力20例3：壓電引信壓電陶瓷：彈丸起爆裝置——破甲彈21例4：火炮堂內(nèi)壓力測試發(fā)射藥在堂內(nèi)燃燒形成壓力完成炮彈的發(fā)射。堂內(nèi)壓力的大小，不僅決定著炮彈的飛行速度，而且與火炮
4、、彈丸的設(shè)計有著密切關(guān)系。22例5：壓電式加速度傳感器——重塊質(zhì)量——加速度23例6：沖擊試驗(yàn)臺的標(biāo)定和檢測產(chǎn)品過載沖擊試驗(yàn)跌落高度h被沖擊介質(zhì)：鋼、橡膠、塑料、木塊加速度產(chǎn)品24例7：汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點(diǎn)火信號、電點(diǎn)火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體25例8：氣體發(fā)生器輸出特性測試密封容器壓力測試法26例9：振動測量儀加速度160ug~10g速度0.4~80cm/s振幅4um~8cm轉(zhuǎn)換開關(guān)SA：V：D：積分：振動速度、幅值27例10：壓電式血壓傳感器例11：指套式電子血壓計28例
5、12：玻璃破碎報警器29例13：水深測量儀30例14：逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用聲表面波傳感器延遲時間SAW振子：LC諧振回路振動頻率31用于結(jié)冰狀況監(jiān)測的冰傳感器結(jié)冰現(xiàn)象的危害：鐵路電力機(jī)車接觸網(wǎng)導(dǎo)線上結(jié)冰影響機(jī)車正常行駛、冷庫物資防冰、飛機(jī)安全飛行結(jié)冰狀況監(jiān)測：是否結(jié)冰、冰層厚度基于壓電效應(yīng)的冰傳感器原理：三電極片式壓電器件：32電極1、2間加交變電壓：壓電晶體機(jī)械振動，系統(tǒng)的諧振頻率：——等效剛度——等效質(zhì)量冰層檢測原理：極板1上無附加物：以自身的諧振頻率作機(jī)械振動；極板1上有冰凍：冰層增加系統(tǒng)剛度
6、，諧振頻率增大；冰層越厚：剛度增加越大，諧振頻率越大。三電極壓電元件：T型LC三端元件，構(gòu)成振蕩電路。331、“基于壓電器件的冰傳感器”，《儀表技術(shù)與傳感器》，2001年9期參考文獻(xiàn)：2、“壓電式振動給料器的研制”，《傳感器技術(shù)》，2001年4期34壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的形式，分析不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合？在電荷放大器電路中，已知：若考慮引線電容的影響，要求輸出信號衰減小于1%，求：使用90pF/m的電纜其最大允許長度為多少？35
